[go: up one dir, main page]

JP7625813B2 - Estimation device, estimation method, and computer program - Google Patents

Estimation device, estimation method, and computer program Download PDF

Info

Publication number
JP7625813B2
JP7625813B2 JP2020160971A JP2020160971A JP7625813B2 JP 7625813 B2 JP7625813 B2 JP 7625813B2 JP 2020160971 A JP2020160971 A JP 2020160971A JP 2020160971 A JP2020160971 A JP 2020160971A JP 7625813 B2 JP7625813 B2 JP 7625813B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
state
storage element
equation
energy storage
estimation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020160971A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022054018A (en
Inventor
洋輔 岡部
茂樹 山手
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GS Yuasa International Ltd
Original Assignee
GS Yuasa International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GS Yuasa International Ltd filed Critical GS Yuasa International Ltd
Priority to JP2020160971A priority Critical patent/JP7625813B2/en
Priority to PCT/JP2021/034729 priority patent/WO2022065346A1/en
Publication of JP2022054018A publication Critical patent/JP2022054018A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7625813B2 publication Critical patent/JP7625813B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/374Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with means for correcting the measurement for temperature or ageing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Description

本発明は、推定装置、推定方法、及びコンピュータプログラムに関する。 The present invention relates to an estimation device, an estimation method, and a computer program.

近年、リチウムイオン電池などの蓄電素子は、ノート型パーソナルコンピュータ、スマートフォンなどの携帯端末の電源、再生可能エネルギ蓄電システム、IoTデバイス電源など、幅広い分野において使用されている。 In recent years, energy storage elements such as lithium-ion batteries have been used in a wide range of fields, including power sources for notebook personal computers, smartphones and other mobile devices, renewable energy storage systems, and power sources for IoT devices.

こうした二次電池を有効活用するために、任意時点における二次電池の挙動を推定することが行われている。二次電池の挙動を推定する手法の1つとして、二次電池を電気回路によって表した等価回路モデルに対し、カルマンフィルタを適用し、SOC(State Of Charge)などの二次電池の挙動を推定する手法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 In order to make effective use of such secondary batteries, the behavior of the secondary battery at any given time is estimated. One method for estimating the behavior of a secondary battery is to apply a Kalman filter to an equivalent circuit model that represents the secondary battery using an electric circuit, and estimate the behavior of the secondary battery, such as the SOC (State Of Charge) (see, for example, Patent Document 1).

特開2016-065828号公報JP 2016-065828 A

しかしながら、特許文献1に開示された手法では、蓄電素子の端子電圧のみに着目して挙動を推定する構成としており、蓄電素子の熱現象については考慮されていない。蓄電素子の特性は温度に強く依存することが知られており、従来手法では予測精度が低かった。また、特許文献1では、等価回路が用いられており、電池の内部において生じる固液電流、物質拡散、電気化学反応などの電気化学現象が考慮されていない。従来では、蓄電素子における電気化学現象と熱現象とを連成させるという発想はなく、実機において有効な推定精度を得ることは困難である。 However, the method disclosed in Patent Document 1 is configured to estimate behavior by focusing only on the terminal voltage of the storage element, and does not take into account thermal phenomena in the storage element. It is known that the characteristics of storage elements are strongly dependent on temperature, and conventional methods have low prediction accuracy. Furthermore, Patent Document 1 uses an equivalent circuit, and does not take into account electrochemical phenomena such as solid-liquid current, material diffusion, and electrochemical reactions that occur inside the battery. Conventionally, there has been no idea of coupling electrochemical phenomena and thermal phenomena in storage elements, making it difficult to obtain effective estimation accuracy in actual equipment.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、蓄電素子の電気化学現象及び熱現象の双方を考慮し、実機において有効な推定精度を発揮できる推定装置、推定方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an estimation device, estimation method, and computer program that take into account both the electrochemical and thermal phenomena of the energy storage element and can provide effective estimation accuracy in an actual device.

推定装置は、蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得する取得部と、取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構築された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する推定部とを備える。 The estimation device includes an acquisition unit that acquires measurement data including the voltage of the storage element, the current flowing through the storage element, and the temperature related to the storage element, and an estimation unit that inputs the acquired measurement data to a state estimator constructed to simulate the electrochemical and thermal phenomena of the storage element, and estimates the state of the storage element.

推定方法は、コンピュータを用いて、蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得し、取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構成された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する。 The estimation method uses a computer to acquire measurement data including the voltage of the storage element, the current flowing through the storage element, and the temperature related to the storage element, inputs the acquired measurement data into a state estimator configured to simulate the electrochemical and thermal phenomena of the storage element, and estimates the state of the storage element.

コンピュータプログラムは、コンピュータに、蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得し、取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構成された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する処理を実行させる。 The computer program causes the computer to acquire measurement data including the voltage of the storage element, the current flowing through the storage element, and the temperature related to the storage element, input the acquired measurement data to a state estimator configured to simulate the electrochemical and thermal phenomena of the storage element, and execute a process to estimate the state of the storage element.

上記構成によれば、蓄電素子の電気化学現象及び熱現象の双方を考慮し、実機において有効な推定精度を発揮できる。 The above configuration takes into account both the electrochemical and thermal phenomena of the storage element, and can provide effective estimation accuracy in actual equipment.

実施の形態に係る蓄電システムの外観図である。1 is an external view of a power storage system according to an embodiment; 蓄電素子の構成例を示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a configuration example of an energy storage element. 巻回電極体の構成例を示す概略図である。3 is a schematic diagram showing a configuration example of a wound electrode body. FIG. 推定装置の内部構成を説明するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration of an estimation device. 単粒子モデルを説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a single particle model. Fick拡散式における座標系を説明する説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a coordinate system in the Fick diffusion formula. 正極の平衡電位を示すグラフである。1 is a graph showing the equilibrium potential of a positive electrode. 負極の平衡電位を示すグラフである。1 is a graph showing the equilibrium potential of a negative electrode. 実施の形態1における状態推定手順を説明するフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a state estimation procedure in the first embodiment. 実施の形態2における状態推定手順を説明するフローチャートである。13 is a flowchart illustrating a state estimation procedure in the second embodiment. 実施の形態3における状態推定手順を説明するフローチャートである。13 is a flowchart illustrating a state estimation procedure in the third embodiment. 実施の形態4における状態推定手順を説明するフローチャートである。13 is a flowchart illustrating a state estimation procedure in the fourth embodiment. 等価回路モデルの一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an equivalent circuit model. 電解液中のリチウムイオン濃度とイオン導電率との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between lithium ion concentration and ion conductivity in an electrolyte solution. 温度状態の表示例を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of displaying a temperature state.

推定装置は、蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得する取得部と、取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構築された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する推定部とを備える。
この構成によれば、状態推定器から得られる状態変数を通じて、直接的に計測することができない蓄電素子の状態を推定できる。また、相互に強い関連性を有する電気化学現象及び熱現象の双方を考慮して蓄電素子の状態を推定するので、実機において有効な推定精度を発揮できる。
The estimation device includes an acquisition unit that acquires measurement data including the voltage of the storage element, the current flowing through the storage element, and the temperature related to the storage element, and an estimation unit that inputs the acquired measurement data to a state estimator constructed to simulate electrochemical and thermal phenomena of the storage element, and estimates the state of the storage element.
According to this configuration, the state of the energy storage element, which cannot be directly measured, can be estimated through the state variables obtained from the state estimator. In addition, since the state of the energy storage element is estimated taking into account both electrochemical phenomena and thermal phenomena, which are closely related to each other, it is possible to achieve effective estimation accuracy in an actual device.

推定装置において、前記電気化学現象を記述するパラメータは、前記蓄電素子の温度の関数として表される前記蓄電素子の活性化過電圧を含み、前記熱現象を記述するパラメータは、前記蓄電素子の活性化過電圧の関数として表される前記蓄電素子の発熱量を含んでもよい。温度の関数として表される活性化過電圧と、活性化過電圧の関数として表される発熱量とをパラメータに用いることによって、蓄電素子の電気化学現象と熱現象とを連成させた状態推定が可能となる。 In the estimation device, the parameters describing the electrochemical phenomenon may include an activation overvoltage of the storage element expressed as a function of the temperature of the storage element, and the parameters describing the thermal phenomenon may include a heat generation amount of the storage element expressed as a function of the activation overvoltage of the storage element. By using the activation overvoltage expressed as a function of temperature and the heat generation amount expressed as a function of the activation overvoltage as parameters, it becomes possible to estimate a state in which the electrochemical phenomenon and the thermal phenomenon of the storage element are coupled.

推定装置において、前記状態推定器は、前記計測データが入力された場合、前記蓄電素子に関する状態量を出力するよう構成された非線形フィルタであってもよい。この構成によれば、非線形フィルタを用いるので、システムやセンサにノイズが含まれる場合であっても、より真値に近い値を算出できる。 In the estimation device, the state estimator may be a nonlinear filter configured to output a state quantity related to the storage element when the measurement data is input. With this configuration, a nonlinear filter is used, so that a value closer to the true value can be calculated even when noise is present in the system or sensor.

推定装置において、前記非線形フィルタは、粒子フィルタ、アンサンブルカルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、又は無香料カルマンフィルタを含んでもよい。非線形の推定アルゴリズムを用いることによって、外乱がある環境であっても、電気化学現象及び熱現象の物理的なメカニズムに基づいた状態推定が行える。 In the estimation device, the nonlinear filter may include a particle filter, an ensemble Kalman filter, an extended Kalman filter, or an unscented Kalman filter. By using a nonlinear estimation algorithm, state estimation based on the physical mechanisms of electrochemical and thermal phenomena can be performed even in an environment with external disturbances.

推定装置において、前記状態推定器は、活物質粒子内の吸蔵イオンの濃度及び前記蓄電素子に関する温度を含む状態変数の時間遷移を表す状態方程式を用いて、各状態変数の時間遷移を求め、前記状態変数と前記計測データが示す観測量との関係を表す観測方程式を用いて、前記状態推定の尤度を求め、求めた状態推定の尤度に応じて、状態変数の推定値を更新してもよい。この構成によれば、逐次更新される状態変数を通じて、直接的に観測することができない蓄電素子の状態を時系列的に推定できる。本実施の形態では、活物質粒子中に吸蔵されたイオン(すなわち固相中のイオン)を吸蔵イオンと称する。 In the estimation device, the state estimator may determine the time transition of each state variable using a state equation that represents the time transition of state variables including the concentration of occluded ions in the active material particles and the temperature related to the storage element, determine the likelihood of the state estimation using an observation equation that represents the relationship between the state variables and the observation quantities indicated by the measurement data, and update the estimated values of the state variables according to the likelihood of the state estimation that has been determined. With this configuration, the state of the storage element that cannot be directly observed can be estimated in a time series manner through the state variables that are successively updated. In this embodiment, ions occluded in the active material particles (i.e., ions in the solid phase) are referred to as occluded ions.

推定装置は、蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得する取得部と、取得した計測データを、前記蓄電素子の等価電気回路及び熱現象を模擬するように構築された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する推定部とを備える。
この構成によれば、状態推定器から得られる状態変数を通じて、直接的に計測することができない蓄電素子の状態を推定できる。また、相互に強い関連性を有する等価電気回路及び熱現象を考慮して蓄電素子の状態を推定するので、実機において有効な推定精度を発揮できる。
The estimation device includes an acquisition unit that acquires measurement data including the voltage of the storage element, the current flowing through the storage element, and the temperature related to the storage element, and an estimation unit that inputs the acquired measurement data to a state estimator constructed to simulate an equivalent electrical circuit and thermal phenomenon of the storage element, and estimates the state of the storage element.
According to this configuration, the state of the energy storage element, which cannot be directly measured, can be estimated through the state variables obtained from the state estimator. In addition, since the state of the energy storage element is estimated taking into account the equivalent electric circuit and thermal phenomena that are closely related to each other, it is possible to demonstrate effective estimation accuracy in an actual device.

推定装置において、前記状態推定器は、前記蓄電素子の特性を表す状態量が経時又は通電によって時間遷移する式を1つ以上含み、前記蓄電素子の状態を記述する状態変数と前記計測データが示す観測量との関係を表す観測方程式を用いて、前記蓄電素子の劣化を予測してもよい。この構成によれば、経時又は通電による蓄電素子の劣化を推定できる。 In the estimation device, the state estimator may include one or more equations in which a state quantity representing a characteristic of the storage element transitions over time or due to current flow, and may predict the deterioration of the storage element using an observation equation that represents the relationship between a state variable describing the state of the storage element and an observation quantity indicated by the measurement data. With this configuration, the deterioration of the storage element due to time or current flow can be estimated.

推定方法は、コンピュータを用いて、蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得し、取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構成された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する。 The estimation method uses a computer to acquire measurement data including the voltage of the storage element, the current flowing through the storage element, and the temperature related to the storage element, inputs the acquired measurement data into a state estimator configured to simulate the electrochemical and thermal phenomena of the storage element, and estimates the state of the storage element.

コンピュータプログラムは、コンピュータに、蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得し、取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構成された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する処理を実行させる。 The computer program causes the computer to acquire measurement data including the voltage of the storage element, the current flowing through the storage element, and the temperature related to the storage element, input the acquired measurement data to a state estimator configured to simulate the electrochemical and thermal phenomena of the storage element, and execute a process to estimate the state of the storage element.

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
(実施の形態1)
図1は実施の形態に係る蓄電システム10の外観図である。実施の形態に係る蓄電システム10は、推定装置100と、蓄電素子200A~200Eと、推定装置100及び蓄電素子200A~200Eを収容する収容ケース300とを備える。本実施の形態では、蓄電素子200A~200Eにより蓄電デバイス20を構成する。以下の説明において、蓄電素子200A~200Eを区別して説明する必要がない場合には、単に蓄電素子200とも記載する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments thereof.
(Embodiment 1)
1 is an external view of a power storage system 10 according to an embodiment. The power storage system 10 according to the embodiment includes an estimation device 100, power storage elements 200A-200E, and a storage case 300 that accommodates the estimation device 100 and the power storage elements 200A-200E. In the present embodiment, the power storage elements 200A-200E configure a power storage device 20. In the following description, when it is not necessary to distinguish between the power storage elements 200A-200E, they will also be simply referred to as power storage element 200.

推定装置100は、例えば複数の蓄電素子200の上面に配置され、所定時点での各蓄電素子200の状態を推定する平板状の回路である。具体的には、推定装置100は、蓄電素子200の電圧、蓄電素子200に流れる電流、蓄電素子200に関する温度を含む計測データを取得し、取得した計測データに基づき、シミュレーションモデルを用いて蓄電素子200の状態を推定する。 The estimation device 100 is a flat circuit that is placed, for example, on the upper surface of a plurality of storage elements 200 and estimates the state of each storage element 200 at a given time. Specifically, the estimation device 100 acquires measurement data including the voltage of the storage element 200, the current flowing through the storage element 200, and the temperature related to the storage element 200, and estimates the state of the storage element 200 using a simulation model based on the acquired measurement data.

図1の例では、推定装置100の配置場所を蓄電素子200の上面とした。代替的に、配置場所は、蓄電素子200の側面であってもよく、蓄電素子200の下面であってもよい。推定装置100の形状も平板状に限定されない。さらに、推定装置100は、蓄電素子200から離れた場所にあるサーバ装置であって、上述した計測データを通信により取得し、取得した計測データに基づき、シミュレーションモデルを用いて蓄電素子200の状態を推定する構成としてもよい。 In the example of FIG. 1, the estimation device 100 is placed on the top surface of the energy storage element 200. Alternatively, the estimation device 100 may be placed on the side surface of the energy storage element 200 or on the bottom surface of the energy storage element 200. The shape of the estimation device 100 is not limited to a flat plate. Furthermore, the estimation device 100 may be a server device located away from the energy storage element 200, and may be configured to acquire the above-mentioned measurement data by communication and estimate the state of the energy storage element 200 using a simulation model based on the acquired measurement data.

蓄電素子200は、リチウムイオン二次電池などの二次電池である。蓄電素子200は、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、またはプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)等の自動車用電源や、電子機器用電源、電力貯蔵用電源などに適用される。 The energy storage element 200 is a secondary battery such as a lithium ion secondary battery. The energy storage element 200 is used as a power source for automobiles such as electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), as a power source for electronic devices, and as a power source for power storage.

図1では、直方体状の5個の蓄電素子200が直列に配置された組電池を示している。実施の形態1では、蓄電素子200の個数を5個として説明する。代替的に、蓄電素子200の個数は1個であってもよく、2個以上であってもよい。更に、いくつかの蓄電素子200は並列に接続されてもよい。蓄電素子200は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池であってもよい。 Figure 1 shows a battery pack in which five rectangular parallelepiped storage elements 200 are arranged in series. In the first embodiment, the number of storage elements 200 is described as five. Alternatively, the number of storage elements 200 may be one, or two or more. Furthermore, some storage elements 200 may be connected in parallel. The storage elements 200 may be secondary batteries other than lithium ion secondary batteries.

以下、蓄電素子200の構成について説明する。
図2は蓄電素子200の構成例を示す分解斜視図である。蓄電素子200は、扁平形状の巻回電極体210と、図に示していない電解質とが中空直方体状の電池ケース220に収容されることにより構成される。電池ケース220の蓋部221には、外部接続用の正極端子222A及び負極端子223Aが設けられる。正極端子222A及び負極端子223Aは、それぞれ正極集電体222B及び負極集電体223Bに電気的に接続されている。電池ケース220の材質には、例えば、アルミニウム等の軽量かつ熱伝導性が高い金属材料が用いられる。
The configuration of the energy storage element 200 will be described below.
2 is an exploded perspective view showing a configuration example of the energy storage element 200. The energy storage element 200 is configured by housing a flat-shaped wound electrode body 210 and an electrolyte (not shown) in a hollow rectangular parallelepiped battery case 220. A positive electrode terminal 222A and a negative electrode terminal 223A for external connection are provided on a lid portion 221 of the battery case 220. The positive electrode terminal 222A and the negative electrode terminal 223A are electrically connected to a positive electrode collector 222B and a negative electrode collector 223B, respectively. The material of the battery case 220 is, for example, a metal material that is lightweight and has high thermal conductivity, such as aluminum.

図3は巻回電極体210の構成例を示す概略図である。巻回電極体210は、正極活物質層211Aが形成されたシート状の正極211と、負極活物質層212Aが形成されたシート状の負極212とを、2枚のシート状のセパレータ213を介して重ね合わせ、これらを巻回することにより構成されている。正極211及び負極212は、互いにシートの幅方向にずらした状態で配置される。正極211の幅方向の一端には、正極活物質層211Aが形成されていない領域が設けられており、この領域には正極集電体222Bが接合される。正極集電体222Bには、例えばアルミニウム箔が用いられる。同様に、負極212の幅方向の他端には、負極活物質層212Aが形成されていない領域が設けられており、この領域には負極集電体223Bが接合される。負極集電体223Bには、例えば銅箔が用いられる。 Figure 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the wound electrode body 210. The wound electrode body 210 is constructed by stacking a sheet-shaped positive electrode 211 on which a positive electrode active material layer 211A is formed and a sheet-shaped negative electrode 212 on which a negative electrode active material layer 212A is formed, with two sheet-shaped separators 213 in between, and winding them. The positive electrode 211 and the negative electrode 212 are arranged in a state where they are shifted from each other in the width direction of the sheet. At one end of the width direction of the positive electrode 211, an area where the positive electrode active material layer 211A is not formed is provided, and a positive electrode current collector 222B is joined to this area. For example, aluminum foil is used for the positive electrode current collector 222B. Similarly, at the other end of the width direction of the negative electrode 212, an area where the negative electrode active material layer 212A is not formed is provided, and a negative electrode current collector 223B is joined to this area. For example, copper foil is used for the negative electrode current collector 223B.

正極活物質層211Aは正極活物質を含む。正極活物質は、一次粒子の凝集体からなる二次粒子を活物質粒子として含む。一次粒子には、リチウム金属複合酸化物の粒子が用いられる。リチウム金属複合酸化物は、リチウム、酸素、及びそれ以外の元素(例えば、Mn、Ni、Co、Fe、Nb、W、P、Siなど)を含む。リチウム及び酸素以外の元素は1種類であってもよく、複数種類であってもよい。正極活物質層211Aは、導電助剤、バインダ等を更に含んでもよい。導電助剤として、例えばアセチレンブラック(AB)等のカーボンブラックやその他(グラファイト等)の炭素材料が好適に用いられる。バインダとして、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が用いられる。 The positive electrode active material layer 211A includes a positive electrode active material. The positive electrode active material includes secondary particles consisting of aggregates of primary particles as active material particles. Particles of lithium metal composite oxide are used as the primary particles. The lithium metal composite oxide includes lithium, oxygen, and other elements (e.g., Mn, Ni, Co, Fe, Nb, W, P, Si, etc.). The elements other than lithium and oxygen may be one type or multiple types. The positive electrode active material layer 211A may further include a conductive assistant, a binder, etc. As the conductive assistant, for example, carbon black such as acetylene black (AB) or other carbon materials (such as graphite) are preferably used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) or the like is used.

負極活物質層212Aは負極活物質を含む。負極活物質として、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料が用いられる。負極活物質層212Aは、バインダ、増粘剤等を更に含んでもよい。バインダとして、例えばスチレンブタジエンラバー(SBR)等が用いられる。増粘剤として、例えばカルボキシメチルセルロース(CMC)等が用いられる。 The negative electrode active material layer 212A includes a negative electrode active material. For example, a carbon material such as graphite, hard carbon, or soft carbon is used as the negative electrode active material. The negative electrode active material layer 212A may further include a binder, a thickener, or the like. For example, styrene butadiene rubber (SBR) or the like is used as the binder. For example, carboxymethyl cellulose (CMC) or the like is used as the thickener.

セパレータ213は、多孔性の樹脂フィルムにより形成される。多孔性の樹脂フィルムとして、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等の樹脂からなる多孔性樹脂フィルムを使用できる。セパレータは、単層構造の樹脂フィルムから形成されてもよく、二層以上の複層構造を有する樹脂フィルムから形成されてもよい。セパレータ213は、耐熱層を備えてもよい。 The separator 213 is formed of a porous resin film. As the porous resin film, a porous resin film made of a resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. The separator may be formed of a resin film having a single layer structure, or may be formed of a resin film having a multi-layer structure of two or more layers. The separator 213 may be provided with a heat-resistant layer.

巻回電極体210と共に電池ケース220に収容される電解質には、従来のリチウムイオン電池と同様のものを使用できる。例えば、電解質として、有機溶媒中に支持塩を含有させた電解質を使用できる。有機溶媒として、例えば、カーボネート類、エステル類、エーテル類等の非プロトン性溶媒が用いられる。支持塩として、例えば、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 等のリチウム塩が好適に用いられる。電解質は、例えば、ガス発生剤、被膜形成剤、分散剤、増粘剤等の各種添加剤を含んでもよい。 The electrolyte housed in the battery case 220 together with the wound electrode body 210 may be the same as that used in a conventional lithium ion battery. For example, an electrolyte containing a supporting salt in an organic solvent may be used. As the organic solvent, for example, aprotic solvents such as carbonates, esters, and ethers are used. As the supporting salt, for example, lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , and LiClO 4 are preferably used. The electrolyte may contain various additives such as a gas generating agent, a film forming agent, a dispersing agent, and a thickening agent.

蓄電素子200の一例として、図2及び図3では巻回電極体210を備える角型のリチウムイオン電池について説明した。代替的に、蓄電素子200は、積層型電極体を備えるリチウムイオン電池であってもよく、円筒型リチウムイオン電池、ラミネート型リチウムイオン電池等であってもよい。更に、蓄電素子200は、電解質に固体を用いた全固体リチウムイオン電池であってもよい。 2 and 3, a rectangular lithium ion battery having a wound electrode body 210 has been described as an example of the energy storage element 200. Alternatively, the energy storage element 200 may be a lithium ion battery having a stacked electrode body, a cylindrical lithium ion battery, a laminated lithium ion battery, or the like. Furthermore, the energy storage element 200 may be an all-solid-state lithium ion battery that uses a solid electrolyte.

実施の形態では、以下で説明する推定装置100において、蓄電素子200の電圧、電流、温度を含む計測データを取得し、取得した計測データに基づき、電気化学現象及び熱現象を模擬するシミュレーションモデルを用いて蓄電素子200の状態を推定する。 In the embodiment, the estimation device 100 described below acquires measurement data including the voltage, current, and temperature of the energy storage element 200, and estimates the state of the energy storage element 200 based on the acquired measurement data using a simulation model that simulates electrochemical and thermal phenomena.

図4は推定装置100の内部構成を説明するブロック図である。推定装置100は、演算部101、記憶部102、入力部103、出力部104などを備える専用又は汎用のコンピュータである。図1の例では、推定装置100は蓄電デバイス20の上面に設けられている。推定装置100は、蓄電デバイス20の蓄電素子監視装置(BMU : Battery Management Unit)に内蔵される装置であってもよく、遠隔地に設置されるサーバなどの計算機であってもよい。推定装置100が遠隔地に設置される場合、取得した蓄電デバイス20の計測データは通信によって推定装置100に送信される。 Figure 4 is a block diagram explaining the internal configuration of the estimation device 100. The estimation device 100 is a dedicated or general-purpose computer including a calculation unit 101, a memory unit 102, an input unit 103, an output unit 104, etc. In the example of Figure 1, the estimation device 100 is provided on the upper surface of the power storage device 20. The estimation device 100 may be a device built into a battery element monitoring device (BMU: Battery Management Unit) of the power storage device 20, or may be a computer such as a server installed in a remote location. When the estimation device 100 is installed in a remote location, the acquired measurement data of the power storage device 20 is transmitted to the estimation device 100 by communication.

演算部101は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを備える演算回路である。実施の形態において、演算部101は状態推定器として機能する。演算部101が備えるCPUは、ROMや記憶部102に格納された各種コンピュータプログラムを実行し、上述したハードウェア各部の動作を制御することによって、装置全体を本願の推定装置として機能させる。具体的には、演算部101は、蓄電素子200の電圧、電流、温度を含む計測データを取得し、取得した計測データに基づき、電気化学現象及び熱現象を模擬する状態推定器を用いて蓄電素子200の状態を推定する。 The calculation unit 101 is a calculation circuit including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. In the embodiment, the calculation unit 101 functions as a state estimator. The CPU included in the calculation unit 101 executes various computer programs stored in the ROM and the storage unit 102, and controls the operation of each of the above-mentioned hardware components, thereby causing the entire device to function as the estimation device of the present application. Specifically, the calculation unit 101 acquires measurement data including the voltage, current, and temperature of the energy storage element 200, and estimates the state of the energy storage element 200 based on the acquired measurement data using a state estimator that simulates electrochemical and thermal phenomena.

演算部101は、上記の構成に限定されるものではなく、複数のCPU、マルチコアCPU、GPU(Graphics Processing Unit)、マイコン、揮発性または不揮発性のメモリ等を備える任意の処理回路または演算回路であってもよい。また、演算部101は、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ、日時情報を出力するクロック等の機能を備えていてもよい。 The calculation unit 101 is not limited to the above configuration, and may be any processing circuit or calculation circuit equipped with multiple CPUs, a multi-core CPU, a GPU (Graphics Processing Unit), a microcomputer, a volatile or non-volatile memory, etc. The calculation unit 101 may also have functions such as a timer that measures the elapsed time from when an instruction to start measurement is given to when an instruction to end measurement is given, a counter that counts numbers, and a clock that outputs date and time information.

記憶部102は、フラッシュメモリなどの記憶装置である。記憶部102には各種のコンピュータプログラム及びデータが記憶される。記憶部102に記憶されるコンピュータプログラムには、例えば、シミュレーションモデルを用いた演算を演算部101に実行させるための状態推定プログラムPGが含まれる。記憶部102に記憶されるデータには、状態推定プログラムPGにおいて用いられるパラメータ、演算部101による演算によって一時的に生成されるデータなどが含まれる。記憶部102に記憶されるパラメータは、各蓄電素子200の体積、表面積、比熱、密度、隣り合う蓄電素子200との間の熱コンダクタンスの値、外部への熱伝達率等のパラメータが含まれる。状態推定プログラムPGは、例えば、コンピュータプログラムを読み取り可能に記録した非一時的な記録媒体Mにより提供される。記録媒体Mは、CD-ROM、USBメモリ、SD(Secure Digital)カードなどの可搬型メモリである。演算部101は、図に示していない読取装置を用いて、記録媒体Mから所望のコンピュータプログラムを読み取り、読み取ったコンピュータプログラムを記憶部102に記憶させる。代替的に、上記コンピュータプログラムは通信により提供されてもよい。 The memory unit 102 is a storage device such as a flash memory. Various computer programs and data are stored in the memory unit 102. The computer programs stored in the memory unit 102 include, for example, a state estimation program PG for causing the calculation unit 101 to execute calculations using a simulation model. The data stored in the memory unit 102 include parameters used in the state estimation program PG, data temporarily generated by calculations by the calculation unit 101, and the like. The parameters stored in the memory unit 102 include parameters such as the volume, surface area, specific heat, and density of each storage element 200, the value of thermal conductance between adjacent storage elements 200, and the heat transfer rate to the outside. The state estimation program PG is provided, for example, by a non-transient recording medium M on which the computer program is readably recorded. The recording medium M is a portable memory such as a CD-ROM, a USB memory, or an SD (Secure Digital) card. The calculation unit 101 reads a desired computer program from the recording medium M using a reading device (not shown) and stores the read computer program in the storage unit 102. Alternatively, the computer program may be provided by communication.

温度推定の演算に用いられる熱コンダクタンスの値は、蓄電素子200が膨張することによって変化する可能性がある。このため、記憶部102には、後述する歪みセンサ103Eによって計測される歪みの値と、熱コンダクタンスの値との関係を示すテーブルが格納されていてもよい。 The thermal conductance value used in the calculation of the temperature estimation may change due to the expansion of the energy storage element 200. For this reason, the memory unit 102 may store a table showing the relationship between the strain value measured by the strain sensor 103E described below and the thermal conductance value.

温度推定の演算に用いられる熱伝達率の値は、蓄電デバイス20の周囲における空気の流れによって変化する可能性がある。このため、記憶部102には、後述する流速計103Fによって計測される流速の値と、熱伝達率の値との関係を示すテーブルが格納されていてもよい。または、ヌセルト数、プラントル数及びレイノルズ数の間で成り立つ関係式から熱伝達率を算出する演算を行ってもよい。 The value of the heat transfer coefficient used in the calculation of the temperature estimation may change depending on the air flow around the power storage device 20. For this reason, the memory unit 102 may store a table showing the relationship between the flow velocity value measured by the flow meter 103F described below and the value of the heat transfer coefficient. Alternatively, a calculation may be performed to calculate the heat transfer coefficient from a relational expression that holds between the Nusselt number, the Prandtl number, and the Reynolds number.

入力部103は、各種センサを接続するためのインタフェースを備える。入力部103に接続されるセンサには、蓄電素子200の電圧を計測する電圧センサ103A、蓄電素子200に流れる電流を計測する電流センサ103B、蓄電素子200の温度(素子温度)を計測する温度センサ103C、蓄電素子200の周囲の温度(環境温度)を計測する温度センサ103Dが含まれる。 The input unit 103 has an interface for connecting various sensors. The sensors connected to the input unit 103 include a voltage sensor 103A that measures the voltage of the storage element 200, a current sensor 103B that measures the current flowing through the storage element 200, a temperature sensor 103C that measures the temperature of the storage element 200 (element temperature), and a temperature sensor 103D that measures the temperature around the storage element 200 (ambient temperature).

電圧センサ103Aは、既存の電圧センサであり、蓄電素子200の端子間電圧を時系列的に計測する。推定装置100の演算部101は、入力部103を通じて、電圧センサ103Aにより計測される電圧のデータを随時取得する。 The voltage sensor 103A is an existing voltage sensor that measures the terminal voltage of the storage element 200 in a time series manner. The calculation unit 101 of the estimation device 100 acquires the voltage data measured by the voltage sensor 103A through the input unit 103 at any time.

電流センサ103Bは、変流器、ホール効果型電流センサなどの既存のセンサであり、蓄電素子200に流れる電流を時系列的に計測する。推定装置100の演算部101は、入力部103を通じて、電流センサ103Bにより計測される電流のデータを随時取得する。 The current sensor 103B is an existing sensor such as a current transformer or a Hall effect current sensor, and measures the current flowing through the storage element 200 in a time series manner. The calculation unit 101 of the estimation device 100 acquires the current data measured by the current sensor 103B through the input unit 103 at any time.

温度センサ103Cは、熱電対、サーミスタなどの既存のセンサであり、蓄電素子200の温度(素子温度)を時系列的に計測する。推定装置100の演算部101は、入力部103を通じて、温度センサ103Cにより計測される温度のデータを随時取得する。本実施の形態において、計測対象の蓄電素子200は、蓄電デバイス20が備える5個の蓄電素子200A~200Eのうちの一部(例えば蓄電素子200E)である。計測対象の蓄電素子200は、1個であってもよく、2~4個であってもよい。すなわち、蓄電素子200がN個(Nは2以上の整数)である場合、計測対象の蓄電素子200は、1個~(N-1)個の範囲にて適宜設置される。温度センサ103Cは、例えば蓄電素子200の上面に配置される。代替的に、温度センサ103Cは、蓄電素子200の側面又は下面に配置される。 The temperature sensor 103C is an existing sensor such as a thermocouple or a thermistor, and measures the temperature (element temperature) of the energy storage element 200 in a time series. The calculation unit 101 of the estimation device 100 acquires temperature data measured by the temperature sensor 103C through the input unit 103 at any time. In this embodiment, the energy storage element 200 to be measured is a part (for example, the energy storage element 200E) of the five energy storage elements 200A to 200E included in the energy storage device 20. The energy storage element 200 to be measured may be one, or may be two to four. That is, when there are N energy storage elements 200 (N is an integer of two or more), the energy storage elements 200 to be measured are appropriately installed in the range of one to (N-1). The temperature sensor 103C is arranged on the upper surface of the energy storage element 200, for example. Alternatively, the temperature sensor 103C is arranged on the side or lower surface of the energy storage element 200.

温度センサ103Dは、熱電対、サーミスタなどの既存のセンサであり、蓄電素子200の周囲の温度(環境温度)を時系列的に計測する。推定装置100の演算部101は、入力部103を通じて、温度センサ103Dにより計測される温度のデータを随時取得する。 The temperature sensor 103D is an existing sensor such as a thermocouple or a thermistor, and measures the temperature (environmental temperature) around the energy storage element 200 in a time series manner. The calculation unit 101 of the estimation device 100 acquires the temperature data measured by the temperature sensor 103D through the input unit 103 at any time.

入力部103には、蓄電素子200の歪みの大きさを検知する歪みセンサ103Eが接続されてもよい。歪みセンサ103Eは、歪みゲージ式のロードセル等を用いた既存のセンサである。歪みセンサ103Eは、蓄電素子200のそれぞれに対して設けられる。 A strain sensor 103E that detects the magnitude of strain of the energy storage element 200 may be connected to the input unit 103. The strain sensor 103E is an existing sensor that uses a strain gauge type load cell or the like. The strain sensor 103E is provided for each of the energy storage elements 200.

入力部103には、蓄電デバイス20の周囲の空気の流れを計測する流速計103Fが接続されてもよい。流速計103Fは、フローメータなどの既存の計測機器である。流速計103Fは、蓄電デバイス20の周囲の適宜箇所に設置される。 A flow meter 103F that measures the air flow around the power storage device 20 may be connected to the input unit 103. The flow meter 103F is an existing measuring device such as a flow meter. The flow meter 103F is installed at an appropriate location around the power storage device 20.

出力部104は、外部装置を接続するインタフェースを備える。外部装置の一例は液晶ディスプレイなどの表示装置(不図示)である。代替的に、外部装置は、ユーザが使用するコンピュータやスマートフォンなどの端末装置(不図示)であってもよい。演算部101は、蓄電デバイス20の状態の推定結果を出力部104より外部装置へ出力する。推定装置100は、蓄電デバイス20の状態の推定結果をユーザに報知するために、LEDランプやブザー等の報知部を備えてもよい。 The output unit 104 has an interface for connecting an external device. An example of an external device is a display device (not shown) such as a liquid crystal display. Alternatively, the external device may be a terminal device (not shown) such as a computer or smartphone used by a user. The calculation unit 101 outputs the estimation result of the state of the power storage device 20 to the external device from the output unit 104. The estimation device 100 may have a notification unit such as an LED lamp or a buzzer to notify the user of the estimation result of the state of the power storage device 20.

以下、推定装置100が実行する演算処理の内容について説明する。
実施の形態において、蓄電素子200の電気化学現象は単粒子モデルによって記述され、熱現象は伝熱方程式によって記述される。単粒子モデル及び伝熱方程式は、それぞれ状態空間モデルに書き換えられた後、両者を連成させた拡大系の方程式に書き換えられる。推定装置100は、拡大系の方程式を状態推定器を用いて解くことにより、蓄電素子200の状態を推定する。以下では、(A)単粒子モデルを用いた状態空間モデル、(B)伝熱方程式を用いた状態空間モデル、(C)拡大系の方程式、(D)拡大系の方程式を用いた状態推定のそれぞれについて順に説明する。
The details of the calculation process executed by the estimation device 100 will be described below.
In the embodiment, the electrochemical phenomenon of the energy storage element 200 is described by a single particle model, and the thermal phenomenon is described by a heat transfer equation. The single particle model and the heat transfer equation are each rewritten into a state space model, and then rewritten into an augmented system equation that couples the two. The estimation device 100 estimates the state of the energy storage element 200 by solving the augmented system equation using a state estimator. Below, (A) a state space model using a single particle model, (B) a state space model using a heat transfer equation, (C) an augmented system equation, and (D) state estimation using an augmented system equation will be described in order.

(A)単粒子モデルを用いた状態空間モデル
図5は単粒子モデルを説明する説明図である。リチウムイオン電池の充放電挙動を示す物理モデルとして、Newmanモデルが知られている。Newmanモデルは、電池を負極多孔体、セパレータ、正極多孔体の3つの空間領域からなるものと捉え、(1)固相電位分布、(2)液相電位分布、(3)液相濃度(リチウムイオン濃度)分布、(4)正極及び負極の固相吸蔵リチウムイオン濃度を、固液界面での電荷移動反応抵抗や平衡電位も考慮しながら解くものである。
(A) State space model using single particle model Fig. 5 is an explanatory diagram for explaining the single particle model. The Newman model is known as a physical model showing the charge and discharge behavior of a lithium ion battery. The Newman model considers a battery to be composed of three spatial regions, a negative electrode porous body, a separator, and a positive electrode porous body, and solves (1) solid phase potential distribution, (2) liquid phase potential distribution, (3) liquid phase concentration (lithium ion concentration) distribution, and (4) solid phase occluded lithium ion concentration of the positive electrode and negative electrode while also taking into account the charge transfer reaction resistance and equilibrium potential at the solid-liquid interface.

Newmanモデルにおいて解かれる主な式は、Nernst-Plank式、Fick拡散式、電荷保存式、Nernst式やSOC-OCP関係式、Butler-Volmer式の5つの方程式である。ここで、Nernst-Plank式は、電解液中のリチウムイオンの拡散・泳動を表す。Fick拡散式は、活物質粒子の固相内での吸蔵リチウムイオンの分子拡散を表す。電荷保存式は、活物質粒子での電子伝導を表す。Nernst式やSOC-OCP関係式は、固液界面での平衡電位を表す。SOC(State Of Charge)は、満充電を1、完全放電を0とした充電状態を表す指標である。OCP(Open Circuit Potential)は酸化還元反応がある場合の液相と固相との平衡電位差であり、通常、基準となる参照電極に対する相対値として表現されている。 The main equations solved in the Newman model are the Nernst-Plank equation, the Fick diffusion equation, the charge conservation equation, the Nernst equation, the SOC-OCP equation, and the Butler-Volmer equation. Here, the Nernst-Plank equation represents the diffusion and migration of lithium ions in the electrolyte. The Fick diffusion equation represents the molecular diffusion of absorbed lithium ions in the solid phase of the active material particles. The charge conservation equation represents the electronic conduction in the active material particles. The Nernst equation and the SOC-OCP equation represent the equilibrium potential at the solid-liquid interface. SOC (State Of Charge) is an index that represents the state of charge, with full charge being 1 and full discharge being 0. OCP (Open Circuit Potential) is the equilibrium potential difference between the liquid phase and the solid phase when there is an oxidation-reduction reaction, and is usually expressed as a relative value to the reference electrode that serves as the standard.

Newmanモデルは、物理的な精緻さと使用実績の多さとから、最も成功したリチウムイオン電池の物理モデルである。しかしながら、計算対象の電池を通電方向に計算要素を細かく分割していることから、計算負荷は高く、オンライン処理には不向きである。そこで、実施の形態では、Newmanモデルを簡略化した単粒子モデル(Single-Particle Model)を用いる。単粒子モデルは、正極及び負極の活物質粒子が全て同一状態にあると仮定することで、Newmanモデルの計算負荷を大幅に低減できる。 The Newman model is the most successful physical model of lithium-ion batteries due to its physical sophistication and widespread use. However, because the calculation elements of the battery being calculated are finely divided in the direction of current flow, the calculation load is high and it is not suitable for online processing. Therefore, in the embodiment, a single-particle model that is a simplification of the Newman model is used. The single-particle model can significantly reduce the calculation load of the Newman model by assuming that the active material particles of the positive and negative electrodes are all in the same state.

単粒子モデルは、空間微分と時間微分とを含む偏微分方程式群であるNewmanモデルから、適当な仮定の下で空間微分を除去した常微分方程式群となるため、後述の状態空間モデルに持ち込みやすい。単粒子モデルの詳細は、例えば「Single-Particle Model for a Lithium-Ion Cell : Thermal Behavior, Meng Guo, Godfrey Sikha, and Ralph E. White, Journal of The Electrochemical Society ,158 (2) 122-132 (2011)」などに記載されている。 The single-particle model is a group of ordinary differential equations that removes spatial differentials under appropriate assumptions from the Newman model, which is a group of partial differential equations that include spatial and time differentials, and is therefore easy to incorporate into the state space model described below. Details of the single-particle model are described, for example, in "Single-Particle Model for a Lithium-Ion Cell: Thermal Behavior, Meng Guo, Godfrey Sikha, and Ralph E. White, Journal of The Electrochemical Society, 158 (2) 122-132 (2011)".

図6はFick拡散式における座標系を説明する説明図である。単粒子モデルにおいて、正極活物質粒子は、1つの粒子として表される。正極活物質粒子の半径をRp (m)とする。典型的には、0.1μm<Rp <10μmである。吸蔵リチウムイオンの拡散は、球座標における半径方向のFick拡散式によって解かれる。座標軸として、球の中心を原点としたrp 軸を考える。正極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの濃度をcp とする。cp の次元は、mol/m3 であり、位置rと時刻tとの関数である。rp =0は正極活物質粒子の中心を表す。rp =Rp は正極活物質粒子の最外周の位置であり、固液界面(すなわち電荷移動反応が起こる場所)を表す。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the coordinate system in the Fick diffusion equation. In the single particle model, the positive electrode active material particle is represented as one particle. The radius of the positive electrode active material particle is R p (m). Typically, 0.1 μm<R p <10 μm. The diffusion of the absorbed lithium ions is solved by the radial Fick diffusion equation in spherical coordinates. As the coordinate axis, the r p axis is considered with the center of the sphere as the origin. The concentration of the absorbed lithium ions in the positive electrode active material particle is c p . The dimension of c p is mol/m 3 , and is a function of the position r and the time t. r p =0 represents the center of the positive electrode active material particle. r p =R p is the outermost position of the positive electrode active material particle and represents the solid-liquid interface (i.e., the place where the charge transfer reaction occurs).

球座標での半径方向のFick拡散式は数1に示す通りである。Dp は正極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散係数m2 /sである。Dp は、rp やcp の関数としてもよく、温度Tの関数としてもよいが、立式においては簡略化のために定数として表記する。 The radial Fick diffusion equation in spherical coordinates is as shown in Equation 1. Dp is the diffusion coefficient m2 /s of the absorbed lithium ions in the positive electrode active material particles. Dp may be a function of rp or cp , or a function of temperature T, but is expressed as a constant in the formula for simplification.

Figure 0007625813000001
Figure 0007625813000001

吸蔵リチウムイオンの拡散を計算するために、球を半径方向に均等に分割した場合の差分方程式を数2に示す。一例として分割数は5とする。図6では、5分割した点を、球の表面から順にr1 ,r2 ,…,r5 として示している。r1 は球の最表面(すなわち固液界面)、r5 は球の中心を表す。隣接する計算要素間の距離をΔrp とする。図6では、球を半径方向に均等に5分割した例を示したが、分割数は5以外であってもよく、不均等に分割してもよい。 In order to calculate the diffusion of absorbed lithium ions, a difference equation in the case where the sphere is divided evenly in the radial direction is shown in Equation 2. As an example, the number of divisions is 5. In FIG. 6, the five divided points are shown as r 1 , r 2 , ..., r 5 in order from the surface of the sphere. r 1 represents the outermost surface of the sphere (i.e., the solid-liquid interface), and r 5 represents the center of the sphere. The distance between adjacent calculation elements is Δr p . In FIG. 6, an example is shown in which the sphere is divided evenly into five in the radial direction, but the number of divisions may be other than 5, and the sphere may be divided unevenly.

Figure 0007625813000002
Figure 0007625813000002

ここで、cp,i は分割要素iにおける吸蔵リチウムイオンの濃度、Δcp,i は分割要素iにおける吸蔵リチウムイオンの濃度変化、Δtは計算の時間刻みを表す。数2では差分方法として中心差分を用いた。代替的に、前進差分、後退差分などの他の差分方法を用いてもよい。 Here, c p,i is the concentration of absorbed lithium ions in the division element i, Δc p,i is the change in the concentration of absorbed lithium ions in the division element i, and Δt is the time step of the calculation. In Equation 2, central difference is used as the difference method. Alternatively, other difference methods such as forward difference and backward difference may be used.

i=5では、対称性から、数2は次のようになる。 At i=5, due to symmetry, equation 2 becomes:

Figure 0007625813000003
Figure 0007625813000003

正極活物質粒子の最表面(i=1)では、電荷移動反応に伴う吸蔵リチウムイオンの流出入がある。正極の体積をVp (m3 )、活物質粒子体積比率をεs,p 、正極中の活物質粒子の個数をnp 個とすると、 At the outermost surface (i=1) of the positive electrode active material particle, there is inflow and outflow of absorbed lithium ions due to a charge transfer reaction. If the volume of the positive electrode is Vp ( m3 ), the volume ratio of the active material particles is εs ,p , and the number of active material particles in the positive electrode is np , then

Figure 0007625813000004
Figure 0007625813000004

であるから、総活物質粒子表面積Sp (m2 )は数5によって表される。 Therefore, the total active material particle surface area S p (m 2 ) is expressed by the following equation (5).

Figure 0007625813000005
Figure 0007625813000005

このとき、活物質粒子表面での反応電流密度Ireac(A/m2 )は数6によって表される。ここで、I(A)は電池を流れる電流であり、放電のとき0<Iとする。 At this time, the reaction current density I reac (A/m 2 ) on the surface of the active material particles is expressed by the following equation 6: Here, I (A) is the current flowing through the battery, and 0<I during discharge.

Figure 0007625813000006
Figure 0007625813000006

反応の価数をz、ファラデー定数をF(C/mol)とすると、吸蔵リチウムイオンの流出入量Jp (mol/m2 s)は、 If the reaction valence is z and the Faraday constant is F (C/mol), the amount of absorbed lithium ions flowing in and out, J p (mol/m 2 s), is given by:

Figure 0007625813000007
Figure 0007625813000007

となることから、i=1での吸蔵リチウムイオンの差分式は、数8によって表される。 Therefore, the differential equation for the absorbed lithium ions at i = 1 is expressed by equation 8.

Figure 0007625813000008
Figure 0007625813000008

これと同様に、i=2~5での吸蔵リチウムイオンの差分式をまとめると、数9の通りである。 Similarly, the differential equation for the absorbed lithium ions for i = 2 to 5 can be summarized as follows:

Figure 0007625813000009
Figure 0007625813000009

前進オイラー法を用いて時間差分を行うことによって、次の数10が得られる。ここで、添え字のkやk+1は時間ステップを表す自然数である。 By performing time differencing using the forward Euler algorithm, we obtain the following equation (10), where the subscripts k and k+1 are natural numbers that represent the time step.

Figure 0007625813000010
Figure 0007625813000010

ここまで、正極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散について記述したが、負極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散においても同様の式が成立する。ただし、負極活物質粒子中の拡散については、添え字のpをnに変更し、活物質粒子表面の吸蔵リチウムイオンの流出入量を逆転させるだけでよい。 So far, we have described the diffusion of absorbed lithium ions in positive electrode active material particles, but a similar formula also holds for the diffusion of absorbed lithium ions in negative electrode active material particles. However, for diffusion in negative electrode active material particles, all that is required is to change the subscript p to n and reverse the amount of absorbed lithium ions flowing in and out of the active material particle surface.

正極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの総量(mol)と、負極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの総量(mol)との和は、副反応を考えない限り一定である。製造初期に充電される吸蔵リチウムイオンの総量をNtot (mol)とすると、Ntot は以下の数11によって表される。 The sum of the total amount (mol) of absorbed lithium ions in the positive electrode active material particles and the total amount (mol) of absorbed lithium ions in the negative electrode active material particles is constant unless side reactions are taken into consideration. If the total amount of absorbed lithium ions charged at the beginning of production is N tot (mol), N tot is expressed by the following formula 11.

Figure 0007625813000011
Figure 0007625813000011

totは定数であるから、cp,5 ~cp,1 及びcn,1 ~cn,5 の中から1文字を消去できる。例えば、数11をcn,5 について解くと、数12が得られる。 Since N tot is a constant, one character can be eliminated from c p,5 to c p,1 and c n,1 to c n,5 . For example, when equation 11 is solved for c n,5 , equation 12 is obtained.

Figure 0007625813000012
Figure 0007625813000012

数12において、cp,1 ~cp,5 及びcn,1 ~cn,4 は状態変数である。記載を簡略化するために、各状態変数の係数をan5,p1 ~an5,p5 及びan5,n1 ~an5,n4 と表し、定数項をfn,5 と表すと、以下の数13が得られる。 In formula 12, c p,1 to c p,5 and c n,1 to c n,4 are state variables. To simplify the description, the coefficients of the state variables are represented as a n5,p1 to a n5,p5 and a n5,n1 to a n5,n4 , and the constant term is represented as f n,5 , and the following formula 13 is obtained.

Figure 0007625813000013
Figure 0007625813000013

正極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの濃度を表す数10、負極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの濃度を表す数10と同様の式、及びcn,5 について解いた数13を1つにまとめて行列形式で記載すると、以下の数14が得られる。ここで、u=1である。 When the formula 10 expressing the concentration of the absorbed lithium ions in the positive electrode active material particles, an equation similar to the formula 10 expressing the concentration of the absorbed lithium ions in the negative electrode active material particles, and the formula 13 solved for c n,5 are combined into one and written in matrix form, the following formula 14 is obtained, where u=1.

Figure 0007625813000014
Figure 0007625813000014

数14に示す行列の各成分の値は、数15及び数16によって与えられる。数15及び数16によって値が与えられていない成分の値はゼロである。 The values of each element of the matrix shown in equation 14 are given by equations 15 and 16. The values of elements that are not given values by equations 15 and 16 are zero.

Figure 0007625813000015
Figure 0007625813000015

Figure 0007625813000016
Figure 0007625813000016

次に、観測方程式について説明する。
数14などにおいて示される活物質粒子中での吸蔵リチウムイオン濃度は、直接的に計測することができない。測定できる値は、例えば正負極の端子間の電圧である。電圧Vは、次式によって定まる。
Next, the observation equation will be described.
The concentration of absorbed lithium ions in the active material particles, as shown in Equation 14, etc., cannot be measured directly. The value that can be measured is, for example, the voltage between the terminals of the positive and negative electrodes. The voltage V is determined by the following formula:

Figure 0007625813000017
Figure 0007625813000017

ここで、OCPp (cp,1 )は正極の平衡電位であり、正極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cp,1 の関数である。OCPn (cn,1 )は既に述べたように負極の平衡電位であり、負極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cn,1 の関数である。Rohm は電子伝導部及びイオン伝導部でのオーム抵抗による電圧降下(オーム過電圧)である。Rohm は温度Tの関数であってもよい。ηact,p (cp,1 ,I)は正極活物質粒子の固液界面での活性化過電圧であり、正極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cp,1 、電流I、及び温度Tの非線形関数である。ηact,n (cn,1 ,I)は負極活物質粒子の固液界面での活性化過電圧であり、負極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cn,1 、電流I、及び温度Tの非線形関数である。すなわち、観測値の電圧Vは、正極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cp,1 、負極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cn,1 、電流I、温度Tの複雑な非線形関数となる。 Here, OCP p (c p,1 ) is the equilibrium potential of the positive electrode, and is a function of the occluded lithium ion concentration c p,1 at the solid-liquid interface of the positive electrode active material particles. OCP n (c n,1 ) is the equilibrium potential of the negative electrode, as already described, and is a function of the occluded lithium ion concentration c n,1 at the solid-liquid interface of the negative electrode active material particles. R ohm is the voltage drop (ohmic overvoltage) due to the ohmic resistance at the electronic conductive portion and the ion conductive portion. R ohm may be a function of temperature T. η act,p (c p,1 , I) is the activation overvoltage at the solid-liquid interface of the positive electrode active material particles, and is a nonlinear function of the occluded lithium ion concentration c p,1 at the solid-liquid interface of the positive electrode active material particles, the current I, and the temperature T. η act,n (c n,1 , I) is the activation overvoltage at the solid-liquid interface of the negative electrode active material particles, and is a nonlinear function of the occluded lithium ion concentration c n,1 at the solid-liquid interface of the negative electrode active material particles, the current I, and the temperature T. In other words, the observed voltage V is a complex nonlinear function of the occluded lithium ion concentration c p,1 at the solid-liquid interface of the positive electrode active material particles, the occluded lithium ion concentration c n,1 at the solid-liquid interface of the negative electrode active material particles, the current I, and the temperature T.

以下、数17の右辺の各項について説明する。
図7は正極の平衡電位を示すグラフであり、図8は負極の平衡電位を示すグラフである。図7の横軸は正極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cp,1 を表し、縦軸は正極の平衡電位OCPp (cp,1 )を表す。図8の横軸は負極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cn,1 を表し、縦軸は負極の平衡電位OCPn (cn,1 )を表す。図7及び図8のグラフは、正極及び負極の平衡電位が固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度の非線形関数となることを示している。平衡電位は、理論的には温度の関数でもあるが、実用上は温度の影響は無視してよい。
Each term on the right side of equation 17 will be explained below.
FIG. 7 is a graph showing the equilibrium potential of the positive electrode, and FIG. 8 is a graph showing the equilibrium potential of the negative electrode. The horizontal axis of FIG. 7 represents the occluded lithium ion concentration c p,1 at the solid-liquid interface of the positive electrode active material particles, and the vertical axis represents the equilibrium potential OCP p (c p,1 ) of the positive electrode. The horizontal axis of FIG. 8 represents the occluded lithium ion concentration c n,1 at the solid-liquid interface of the negative electrode active material particles, and the vertical axis represents the equilibrium potential OCP n (c n,1 ) of the negative electrode. The graphs of FIG. 7 and FIG. 8 show that the equilibrium potentials of the positive electrode and the negative electrode are nonlinear functions of the occluded lithium ion concentration at the solid-liquid interface. Theoretically, the equilibrium potential is also a function of temperature, but in practice, the effect of temperature may be ignored.

電池全体のオーム抵抗Rohm (Ω)は数18によって表される。 The ohmic resistance R ohm (Ω) of the entire battery is expressed by equation 18.

Figure 0007625813000018
Figure 0007625813000018

ここで、Rs,pos は正極の固相の電子抵抗(Ω)、Rs,neg は負極の固相の電子抵抗(Ω)、RI は電解液のイオン抵抗(Ω)を表す。各々の抵抗は、形状寸法、固相体積分率、屈曲度、材料物性によって決められてよい。オーム抵抗は、多くの場合、温度の影響を殆ど受けないと考えてよいが、温度の関数としてもよい。 Here, Rs,pos represents the electronic resistance (Ω) of the solid phase of the positive electrode, Rs ,neg represents the electronic resistance (Ω) of the solid phase of the negative electrode, and R I represents the ionic resistance (Ω) of the electrolyte. Each resistance may be determined by the shape and dimensions, the solid phase volume fraction, the degree of tortuosity, and the material properties. In many cases, the ohmic resistance may be considered to be almost unaffected by temperature, but it may also be a function of temperature.

正極の活性化過電圧ηact,p は、数19のButler-Volmer式によって表される。 The activation overvoltage η act,p of the positive electrode is expressed by the Butler-Volmer equation (19).

Figure 0007625813000019
Figure 0007625813000019

ここで、Iは電流(A)、Sp は総活物質粒子表面積(m2 )、ip0は交換電流密度(A/m2 )、αは移行係数、nは関与電子数、Fはファラデー定数(C/mol)、ηact,p は正極の活性化過電圧(V)、Rは気体定数(J/(K・mol))、Tは温度(K)である。交換電流密度ip0は、正極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cp,1 の関数となることが知られている。数19に示す通り、正極の活性化過電圧ηact,p は、正極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cp,1 、電流I、温度Tの複雑な非線形関数となる。具体的な式を明示していないが、負極の活性化過電圧ηact,n についても正極の活性化過電圧ηact,p と同様である。 Here, I is the current (A), S p is the total active material particle surface area (m 2 ), i p0 is the exchange current density (A/m 2 ), α is the transfer coefficient, n is the number of participating electrons, F is the Faraday constant (C/mol), η act,p is the activation overvoltage of the positive electrode (V), R is the gas constant (J/(K·mol)), and T is the temperature (K). It is known that the exchange current density i p0 is a function of the occluded lithium ion concentration c p,1 at the solid-liquid interface of the positive electrode active material particles. As shown in Equation 19, the activation overvoltage η act,p of the positive electrode is a complex nonlinear function of the occluded lithium ion concentration c p,1 at the solid-liquid interface of the positive electrode active material particles, the current I, and the temperature T. Although a specific formula is not specified, the activation overvoltage η act,n of the negative electrode is the same as the activation overvoltage η act,p of the positive electrode.

ここまで、(A)では単粒子モデルの例を記載したが、これは一例として記載したに過ぎない。電池の特性を適切に表すものであれば、他のモデルを用いてもよい。計算負荷が問題にならないのであれば、Newmanモデルを用いてもよい。 Up to this point, an example of a single particle model has been described in (A), but this is merely one example. Other models may be used as long as they adequately represent the battery characteristics. If the computational load is not an issue, the Newman model may be used.

(B)伝熱方程式を用いた状態空間モデル
図1に示す蓄電デバイス20の伝熱方程式は数20によって表される。
(B) State Space Model Using Heat Transfer Equation The heat transfer equation of the power storage device 20 shown in FIG.

Figure 0007625813000020
Figure 0007625813000020

ここで、T1 ~T5 、S1 ~S5 、Q1 ~Q5 、h1 ~h5 は、それぞれ蓄電素子200A~200Eの温度(K)、表面積(m2 )、発熱量(W)、外部への熱伝達率(W/m2 /K)を表す。kijは、i番目の蓄電素子200(例えば蓄電素子200A)とj番目の蓄電素子200(例えば蓄電素子200B)との間の熱コンダクタンス(W/K)を表す。ρ、Cp 、Vは、蓄電素子200の密度(kg/m3 )、比熱(J/kg/K)、体積(m3 )を表す。実施の形態では、各蓄電素子200の密度、比熱、体積を共通としているが、各蓄電素子200の密度、比熱、体積を個別に設定してもよい。T0 は、環境温度(K)を表す。 Here, T 1 to T 5 , S 1 to S 5 , Q 1 to Q 5 , and h 1 to h 5 respectively represent the temperature (K), surface area (m 2 ), heat generation amount (W), and heat transfer rate to the outside (W/m 2 /K) of the energy storage elements 200A to 200E. k ij represents the thermal conductance (W/K) between the i-th energy storage element 200 (for example, the energy storage element 200A) and the j-th energy storage element 200 (for example, the energy storage element 200B). ρ, C p , and V represent the density (kg/m 3 ), specific heat (J/kg/K), and volume (m 3 ) of the energy storage element 200. In the embodiment, the density, specific heat, and volume of each energy storage element 200 are common, but the density, specific heat, and volume of each energy storage element 200 may be set individually. T 0 represents the environmental temperature (K).

数20における左辺は、蓄電素子200の温度上昇に用いられた熱量を表す。右辺の熱コンダクタンスkijを含む項は、隣り合う蓄電素子200の温度差に基づく熱伝導を表す。右辺の熱伝達率h1 ~h5 を含む項は、蓄電素子200から外部への放熱を表しており、放熱が発生している場合にはマイナスの値となる。Q1 ~Q5 を含む項は、蓄電デバイス20の発熱を表す。発熱の要因には、通電によるジュール熱や反応熱などがある。 The left side of Equation 20 represents the amount of heat used to increase the temperature of the energy storage element 200. The term on the right side including the thermal conductance k ij represents the thermal conduction based on the temperature difference between adjacent energy storage elements 200. The term on the right side including the heat transfer coefficients h 1 to h 5 represents the heat dissipation from the energy storage element 200 to the outside, and is a negative value when heat dissipation is occurring. The term including Q 1 to Q 5 represents heat generation from the energy storage device 20. Causes of heat generation include Joule heat and reaction heat due to current flow.

以下では、T1 ~T5 以外のパラメータは一定値(時不変)として説明する。代替的にT1 ~T5 以外のパラメータの時間変化を考慮してもよい。T1 ~T5 以外のパラメータの時間変化を考慮したとしても、同様の計算手法が成立する。 In the following description, parameters other than T1 to T5 are assumed to be constant (time-invariant). Alternatively, time changes of parameters other than T1 to T5 may be considered. Even if time changes of parameters other than T1 to T5 are considered, a similar calculation method is valid.

数20における時間微分を時間差分によって書き換え、整理すると以下の数21が得られる。 By rewriting the time differential in equation 20 using the time difference and rearranging it, we obtain the following equation 21.

Figure 0007625813000021
Figure 0007625813000021

ここで、kは時間ステップを表し、自然数である。αは(ρCp V/Δt)-1である。 Here, k represents a time step and is a natural number, and α is (ρC p V/Δt) −1 .

次に、数21を行列表現するために、状態ベクトルxT (k)、ベクトルbT 、行列AT を、以下の数22によって定義する。 Next, in order to express Equation 21 in a matrix form, the state vector x T (k), vector b T and matrix A T are defined by Equation 22 below.

Figure 0007625813000022
Figure 0007625813000022

ここで、aT11 =1-α(S11 +k12)、aT22 =1-α(k12+k23+S22 )、aT33 =1-α(k23+k34+S33 )、aT44 =1-α(k34+k45+S44 )、aT55 =1-α(k45+S55 )である。また、aT12 =aT21 =αk12、aT23 =aT32 =αk23、aT34 =aT43 =αk34、aT45 =aT54 =αk45であり、その他は0である。 Here, aT11 = 1 - α (S1h1 + k12 ), aT22 = 1 - α ( k12 + k23 + S2h2 ), aT33 = 1 - α ( k23 + k34 + S3h3 ), aT44 = 1 - α ( k34 + k45 + S4h4 ) , aT55 = 1 - α ( k45 + S5h5 ). Also, aT12 = aT21 = αk12 , aT23 = aT32 = αk23 , aT34 = aT43 = αk34 , aT45 = aT54 = αk45 , and the rest are 0.

離散空間状態方程式の表現を用いた場合、数式22は、以下のように記載できる。ただし、制御信号uT k==1であるとする。 Using the discrete space state equation representation, Equation 22 can be written as: where control signal u T k ==1.

Figure 0007625813000023
Figure 0007625813000023

観測方程式は、数24のように表される。右上付のtは転置を表す。より一般的には、直達項が右辺に加わるが、伝熱の場合は演算時間に比べて代表時間が大きいため、無視してよい場合が多い。 The observation equation is expressed as in Equation 24. The upper right suffix t indicates transposition. More generally, a direct term is added to the right hand side, but in the case of heat transfer, the representative time is larger than the calculation time, so it can often be ignored.

Figure 0007625813000024
Figure 0007625813000024

数24の観測方程式では、スカラ観測値yT kを用いた。代替的に、観測値は複数であってもよい。CT は、計測される素子温度を要素とする観測ベクトル(又は観測行列)である。例えば、5番目の蓄電素子200の温度のみを計測する場合、観測ベクトルは数25にように表される。 In the observation equation of Equation 24, a scalar observation value y T k is used. Alternatively, there may be a plurality of observation values. C T is an observation vector (or observation matrix) having elements each representing the element temperature to be measured. For example, when measuring only the temperature of the fifth storage element 200, the observation vector is expressed as in Equation 25.

Figure 0007625813000025
Figure 0007625813000025

(C)拡大系の方程式
以下では、電気化学の単粒子モデルを用いて導出した状態空間モデルと、伝熱方程式を用いて導出した状態空間モデルとを連成させることによって、拡大系の方程式を導出する。
(C) Equations of the expanded system In the following, equations of the expanded system are derived by coupling a state space model derived using a single particle model of electrochemistry and a state space model derived using a heat transfer equation.

数14に示される吸蔵リチウムイオン濃度に外乱項を加えることによって、数26が得られる。外乱が正規分布を持つ場合(すなわちガウスノイズである場合)、無香料カルマンフィルタやアンサンブルカルマンフィルタを使用できる。外乱が正規分布でない場合、粒子フィルタを使用できる。外乱は乱数によって表現すればよい。 Equation 26 is obtained by adding a disturbance term to the occluded lithium ion concentration shown in equation 14. If the disturbance has a normal distribution (i.e., it is Gaussian noise), an unscented Kalman filter or an ensemble Kalman filter can be used. If the disturbance does not have a normal distribution, a particle filter can be used. The disturbance can be represented by a random number.

Figure 0007625813000026
Figure 0007625813000026

以下では、数26を数27のように簡略化して表記する場合もある。 In the following, number 26 may be abbreviated as number 27.

Figure 0007625813000027
Figure 0007625813000027

電池モジュールが5つの単電池からなる場合、5つの単電池それぞれに吸蔵リチウムイオン濃度が定義されるので、単粒子モデルの状態方程式は数28のように5つの式から構成される。これら全ての方程式を記載すると冗長となるので、実施の形態では、1つの電池の単粒子モデルのみを記載する。 When a battery module is composed of five single cells, the occluded lithium ion concentration is defined for each of the five single cells, so the state equation of the single particle model is composed of five equations as shown in Equation 28. Since it would be redundant to describe all of these equations, in the embodiment, only the single particle model of one battery is described.

Figure 0007625813000028
Figure 0007625813000028

数23に示される温度に外乱項を加えることによって、数29が得られる。外乱が正規分布を持つ場合(すなわちガウスノイズである場合)、無香料カルマンフィルタやアンサンブルカルマンフィルタを使用できる。外乱が正規分布でない場合、粒子フィルタを使用できる。外乱は乱数によって表現すればよい。 By adding a disturbance term to the temperature shown in equation 23, we obtain equation 29. If the disturbance has a normal distribution (i.e., it is Gaussian noise), an unscented Kalman filter or an ensemble Kalman filter can be used. If the disturbance is not normally distributed, a particle filter can be used. The disturbance can be represented by a random number.

Figure 0007625813000029
Figure 0007625813000029

以下では、数29を数30のように簡略化して表記する場合もある。 In the following, number 29 may be abbreviated as number 30.

Figure 0007625813000030
Figure 0007625813000030

上述した数26及び数27では吸蔵リチウムイオン濃度を扱い、数29及び数30は蓄電素子200の温度を扱っている。両者を独立した変数として計算することも可能であるが、実際には両者は相互に関連し合っている。 The above-mentioned equations 26 and 27 deal with the concentration of absorbed lithium ions, and equations 29 and 30 deal with the temperature of the storage element 200. It is possible to calculate the two as independent variables, but in reality, the two are interrelated.

例えば、温度が関連する電気化学のパラメータとしては、吸蔵リチウムイオンの拡散係数Dp ,Dn や正極及び負極の活性化過電圧ηact,p ,ηact,n が挙げられる。数1などに表れる正極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散係数Dp は温度の関数であり、実験データや第一原理計算などの結果に基づいて設定される。負極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散係数Dn についても同様である。数17などに表れる正極及び負極の活性化過電圧ηact,p ,ηact,n も温度の関数であり、Butler-Volmer式などの温度に対するアレニウス型の関数が用いられる。 For example, electrochemical parameters related to temperature include the diffusion coefficients Dp and Dn of absorbed lithium ions and the activation overvoltages ηact ,p and ηact,n of the positive and negative electrodes. The diffusion coefficient Dp of absorbed lithium ions in the positive electrode active material particles shown in Equation 1 is a function of temperature and is set based on the results of experimental data and first-principles calculations. The same is true for the diffusion coefficient Dn of absorbed lithium ions in the negative electrode active material particles. The activation overvoltages ηact ,p and ηact,n of the positive and negative electrodes shown in Equation 17 are also functions of temperature, and an Arrhenius-type function for temperature such as the Butler-Volmer formula is used.

電気化学から温度への関連として発熱量が挙げられる。電池の発熱量は、(電流)×(過電圧)であるから、数31のように表される。 The amount of heat generated is one way of relating electrochemistry to temperature. The amount of heat generated by a battery is (current) x (overvoltage), and can be expressed as in Equation 31.

Figure 0007625813000031
Figure 0007625813000031

電気化学及び伝熱を連成させた最終的な状態方程式は、数32のように表される。 The final equation of state that combines electrochemistry and heat transfer is expressed as Equation 32.

Figure 0007625813000032
Figure 0007625813000032

全ての項を記述した場合には数式が煩雑となるため、慣例に倣い、数32では非線形変換の関数fを用いて表記する。数32において、右下添え字なしのベクトルは、電気化学の変数と温度変数とを全て含むベクトルを表す。 If all terms were written, the formula would become complicated, so following convention, we use the nonlinear transformation function f in Equation 32. In Equation 32, the vector without a subscript in the lower right corner represents a vector that includes all electrochemical variables and temperature variables.

観測量は温度及び端子間電圧であるから、観測方程式は数33のように表される。 Since the observables are temperature and terminal voltage, the observation equation is expressed as shown in Equation 33.

Figure 0007625813000033
Figure 0007625813000033

観測においても、外乱が正規分布を持つ場合(すなわちガウスノイズである場合)、無香料カルマンフィルタやアンサンブルカルマンフィルタを使用できる。外乱が正規分布でない場合、粒子フィルタを使用できる。外乱は乱数によって表現すればよい。 Even in the observations, if the disturbance has a normal distribution (i.e., it is Gaussian noise), the unscented Kalman filter or the ensemble Kalman filter can be used. If the disturbance is not normally distributed, a particle filter can be used. The disturbance can be represented by random numbers.

(D)拡大系の方程式を用いた状態推定
実施の形態1に係る推定装置100は、粒子フィルタを利用して、数32の状態方程式及び数33の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、蓄電素子200の状態を推定する。
(D) State Estimation Using Augmented System Equations The estimation device 100 according to embodiment 1 utilizes a particle filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 32 and the observation equation of Expression 33, thereby estimating the state of the storage element 200.

以下、推定装置100が実行する処理の手順について説明する。
図9は実施の形態1における状態推定手順を説明するフローチャートである。推定装置100の演算部101は、k=1の初期値を与える(ステップS101)。演算部101は、蓄電素子200の電圧及び電流の初期値として予め設定した仮の値を与え、温度の初期値として環境温度を与えればよい。
The procedure of the process executed by the estimation device 100 will be described below.
9 is a flowchart illustrating a state estimation procedure in the embodiment 1. The calculation unit 101 of the estimation device 100 provides an initial value of k=1 (step S101). The calculation unit 101 may provide tentative values set in advance as initial values of the voltage and current of the energy storage element 200, and may provide the environmental temperature as an initial value of the temperature.

次いで、演算部101は、各状態変数について、N個の粒子を発生させる(ステップS102)。ここで、Nは、102 ~106 程度の数が通常用いられる。 Next, the calculation unit 101 generates N particles for each state variable (step S102), where N is usually a number between 10 2 and 10 6 .

次いで、演算部101は、i=1,2,…,Nについて、vk に相当する乱数を発生させる(ステップS103)。 Next, the calculation unit 101 generates random numbers corresponding to v k for i=1, 2, . . . , N (step S103).

演算部101は、全てのN個の粒子について、数34に基づく演算を実行することによって、粒子の状態を次の時間ステップにおける粒子の状態に更新する(ステップS104)。 The calculation unit 101 updates the particle states to the particle states at the next time step by performing calculations based on Equation 34 for all N particles (step S104).

Figure 0007625813000034
Figure 0007625813000034

演算部101は、入力部103を通じて、電圧センサ103A、電流センサ103B、温度センサ103C,103Dのセンサ出力を取得し(ステップS105)、全てのN個の粒子について、観測方程式に基づき粒子の重みPk (i)を算出する(ステップS106)。粒子の重みは、粒子iの状態ベクトルxk を得たときに、観測値yk が観測される確率(尤度)であり、次式によって記述される。 The calculation unit 101 acquires the sensor outputs of the voltage sensor 103A, the current sensor 103B, and the temperature sensors 103C and 103D through the input unit 103 (step S105), and calculates particle weights Pk (i) for all N particles based on the observation equation (step S106). The particle weight is the probability (likelihood) that the observation value yk is observed when the state vector xk of the particle i is obtained, and is described by the following equation.

Figure 0007625813000035
Figure 0007625813000035

演算部101は、ステップS106において算出した粒子の重みPk (i)を、次式に基づいて規格化する(ステップS107)。 The calculation unit 101 normalizes the particle weight P k (i) calculated in step S106 based on the following equation (step S107).

Figure 0007625813000036
Figure 0007625813000036

演算部101は、粒子の重みと状態ベクトルとの加重平均をとったベクトルを、粒子フィルタによる推定値として算出する(ステップS108)。演算式は、数37に示す通りである。この演算により、各蓄電素子200における吸蔵リチウムイオン濃度及び温度の推定値が得られる。 The calculation unit 101 calculates a vector that is a weighted average of the particle weights and the state vector as an estimate by the particle filter (step S108). The calculation formula is as shown in Equation 37. This calculation provides estimates of the occluded lithium ion concentration and temperature in each storage element 200.

Figure 0007625813000037
Figure 0007625813000037

演算部101は、次の時間ステップを計算するか否かを判断する(ステップS109)。演算部101は、予め設定した時間ステップに到達したか否かを判断することによって、次の時間ステップを計算するか否かを判断すればよい。代替的に、演算部101は、蓄電素子200の状態が予め設定した状態に到達したか否かを判断することによって、次の時間ステップを計算するか否かを判断してもよい。次の時間ステップを計算しない場合(S109:NO)、演算部101は、本フローチャートによる処理を終了する。 The calculation unit 101 determines whether or not to calculate the next time step (step S109). The calculation unit 101 may determine whether or not to calculate the next time step by determining whether or not a preset time step has been reached. Alternatively, the calculation unit 101 may determine whether or not to calculate the next time step by determining whether or not the state of the energy storage element 200 has reached a preset state. If the next time step is not to be calculated (S109: NO), the calculation unit 101 ends the processing according to this flowchart.

次の時間ステップを計算する場合(S109:YES)、演算部101は、次の時間ステップの推定のために粒子をリサンプリング(層化サンプリング)する(ステップS110)。演算部101は、時間ステップkの状態ベクトルxk (i)はpk (i)に比例して復元抽出されるとし、時間ステップk+1での状態ベクトルを定めればよい。演算部101は、粒子をリサンプリングした後、処理をステップS104へ戻し、次の時間ステップk+1における計算を継続する。 When the next time step is to be calculated (S109: YES), the calculation unit 101 resamples the particles (stratified sampling) to estimate the next time step (step S110). The calculation unit 101 determines the state vector at time step k+1 by assuming that the state vector xk (i) at time step k is restored and sampled in proportion to pk (i) . After resampling the particles, the calculation unit 101 returns the process to step S104 and continues the calculation at the next time step k+1.

以上のように、推定装置100の演算部101は、各時間ステップにおいて、各蓄電素子200の吸蔵リチウムイオン濃度及び温度を推定できる。演算部101は、推定した吸蔵リチウムイオン濃度及び温度に基づき、SOC、OCP、活性化過電圧など蓄電素子200における様々な物理量を推定してもよい。 As described above, the calculation unit 101 of the estimation device 100 can estimate the absorbed lithium ion concentration and temperature of each storage element 200 at each time step. The calculation unit 101 may estimate various physical quantities in the storage element 200, such as SOC, OCP, and activation overvoltage, based on the estimated absorbed lithium ion concentration and temperature.

実施の形態1では、粒子フィルタを利用して状態変数を推定する構成について説明した。粒子フィルタは、非線形性や非ガウス性を有する状態空間モデルを対象としたフィルタ手法であり、線形性やガウス性を仮定せずに、より一般的な状態空間モデルを対象とすることができる。また、粒子フィルタは、アルゴリズムが比較的単純であり、推定装置100に容易に実装できる。 In the first embodiment, a configuration for estimating state variables using a particle filter has been described. A particle filter is a filter method targeted at state space models having nonlinearity and non-Gaussianity, and can be targeted at more general state space models without assuming linearity or Gaussianity. In addition, the particle filter has a relatively simple algorithm and can be easily implemented in the estimation device 100.

(実施の形態2)
実施の形態2では、アンサンブルカルマンフィルタを用いた状態推定アルゴリズムについて説明する。すなわち、実施の形態2における推定装置100は、アンサンブルカルマンフィルタを用いて、数32の状態方程式及び数33の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、蓄電素子200の状態を推定する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a state estimation algorithm using an ensemble Kalman filter will be described. That is, the estimation device 100 in the second embodiment uses the ensemble Kalman filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 32 and the observation equation of Expression 33, and estimates the state of the energy storage element 200.

図10は実施の形態2における状態推定手順を説明するフローチャートである。推定装置100の演算部101は、k=1の初期値を与える(ステップS121)。演算部101は、蓄電素子200の電圧及び電流の初期値として予め設定した仮の値を与え、温度の初期値として環境温度を与えればよい。状態方程式における外乱項vk 及び観測方程式における外乱項wk の分散をそれぞれQk 及びRk とする。 10 is a flowchart illustrating a state estimation procedure in the second embodiment. The calculation unit 101 of the estimation device 100 provides an initial value of k=1 (step S121). The calculation unit 101 may provide provisional values set in advance as the initial values of the voltage and current of the energy storage element 200, and may provide the environmental temperature as the initial value of the temperature. The variances of the disturbance term vk in the state equation and the disturbance term wk in the observation equation are defined as Qk and Rk , respectively.

次いで、演算部101は、各状態変数について、N個の粒子を発生させる(ステップS122)。ここで、Nは、102 ~106 程度の数が通常用いられる。 Next, the calculation unit 101 generates N particles for each state variable (step S122), where N is usually a number between 10 2 and 10 6 .

次いで、演算部101は、i=1,2,…,Nについて、vk に相当する乱数を発生させる(ステップS123)。vk は正規分布に従うものとし、分散は既知とする。 Next, the calculation unit 101 generates random numbers corresponding to vk for i = 1, 2, ..., N (step S123). It is assumed that vk follows a normal distribution and that the variance is known.

演算部101は、全てのN個の粒子について、数38に基づく演算を実行することによって、粒子の状態を次の時間ステップにおける粒子の状態に更新する(ステップS124)。 The calculation unit 101 updates the particle states to the particle states at the next time step by performing calculations based on equation 38 for all N particles (step S124).

Figure 0007625813000038
Figure 0007625813000038

演算部101は、i=1,2,…,Nの各粒子の状態ベクトルと、全粒子の状態ベクトルの平均値との差を算出し(ステップS125)、全ての粒子に関する状態量予測値の共分散行列Pk を算出する(ステップS126)。共分散行列Pk は、数39によって表される。 The calculation unit 101 calculates the difference between the state vector of each particle (i=1, 2, ..., N) and the average value of the state vectors of all the particles (step S125), and calculates the covariance matrix Pk of the predicted state quantity values for all the particles (step S126). The covariance matrix Pk is expressed by Equation 39.

Figure 0007625813000039
Figure 0007625813000039

演算部101は、入力部103を通じて、電圧センサ103A、電流センサ103B、温度センサ103C,103Dのセンサ出力を取得する(ステップS127)。取得したセンサ出力は、時間ステップkにおける各粒子の観測値yk iを与える。 The calculation unit 101 acquires the sensor outputs of the voltage sensor 103A, the current sensor 103B, and the temperature sensors 103C and 103D (step S127) through the input unit 103. The acquired sensor outputs provide the observed value y k i of each particle at time step k.

演算部101は、i番目の粒子の時間ステップkにおける観測誤差rk iを算出する(ステップS128)。ここで、wk は観測外乱である。観測誤差rk iは、数40によって表される。 The calculation unit 101 calculates the measurement error r k i of the i-th particle at the time step k (step S128), where w k is the observed disturbance. The measurement error r k i is expressed by Equation 40.

Figure 0007625813000040
Figure 0007625813000040

演算部101は、時間ステップkにおけるカルマンゲインKk を算出する(ステップS129)。カルマンゲインKk は、数41によって表される。 The calculation unit 101 calculates the Kalman gain K k at the time step k (step S129). The Kalman gain K k is expressed by Equation 41.

Figure 0007625813000041
Figure 0007625813000041

演算部101は、i番目の粒子の推定値xk (i)_hatを算出する(ステップS130)。推定値xk (i)_hatは、数42によって表される。すなわち、演算部101は、数38の最初の予測値を、数40の観測誤差rk iと数41のカルマンゲインKk とを用いて修正する。 The calculation unit 101 calculates an estimate x k (i) _hat of the i-th particle (step S130). The estimate x k (i) _hat is expressed by Expression 42. That is, the calculation unit 101 corrects the initial prediction value of Expression 38 using the observation error r k i of Expression 40 and the Kalman gain K k of Expression 41.

Figure 0007625813000042
Figure 0007625813000042

演算部101は、各粒子の平均値xk _hatを算出する(ステップS131)。各粒子の平均値xk _hatは、アンサンブルカルマンフィルタによって得られる状態ベクトル推定値を表し、次式によって算出される。 The calculation unit 101 calculates the average value x k _hat of each particle (step S131). The average value x k _hat of each particle represents a state vector estimate obtained by the ensemble Kalman filter, and is calculated by the following formula.

Figure 0007625813000043
Figure 0007625813000043

数43によって得られる推定値(各粒子の平均値xk _hat)には、各蓄電素子200の吸蔵リチウムイオン濃度及び温度の推定値が含まれる。演算部101は、次の時間ステップを計算するか否かを判断する(ステップS132)。演算部101は、予め設定した時間ステップに到達したか否かを判断することによって、次の時間ステップを計算するか否かを判断すればよい。代替的に、演算部101は、蓄電素子200の状態が予め設定した状態に到達したか否かを判断することによって、次の時間ステップを計算するか否かを判断してもよい。 The estimated value (average value x k _hat of each particle) obtained by Equation 43 includes the estimated values of the occluded lithium ion concentration and temperature of each energy storage element 200. The calculation unit 101 determines whether to calculate the next time step (step S132). The calculation unit 101 may determine whether to calculate the next time step by determining whether a preset time step has been reached. Alternatively, the calculation unit 101 may determine whether to calculate the next time step by determining whether the state of the energy storage element 200 has reached a preset state.

次の時間ステップを計算する場合(S132:YES)、演算部101は、処理をステップS124へ戻し、次の時間ステップk+1における演算を実行する。次の時間ステップを計算しない場合(S132:NO)、演算部101は、本フローチャートによる処理を終了する。 If the next time step is to be calculated (S132: YES), the calculation unit 101 returns the process to step S124 and executes the calculation at the next time step k+1. If the next time step is not to be calculated (S132: NO), the calculation unit 101 ends the process according to this flowchart.

実施の形態2における推定装置100は、アンサンブルカルマンフィルタを利用して状態変数を推定する。アンサンブルカルマンフィルタは、非線形性や非ガウス性を有する状態空間モデルを対象としたフィルタ手法であり、より一般的な状態空間モデルを対象とすることができる。アンサンブルカルマンフィルタは、アルゴリズムが比較的単純であり、推定装置100に容易に実装できる。 The estimation device 100 in the second embodiment estimates state variables using an ensemble Kalman filter. The ensemble Kalman filter is a filter method targeted at state space models that have nonlinearity and non-Gaussianity, and can be used for more general state space models. The ensemble Kalman filter has a relatively simple algorithm and can be easily implemented in the estimation device 100.

(実施の形態3)
実施の形態3では、拡張カルマンフィルタを用いた状態推定アルゴリズムについて説明する。すなわち、実施の形態3における推定装置100は、拡張カルマンフィルタを用いて、数32の状態方程式及び数33の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、蓄電素子200の状態を推定する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a state estimation algorithm using an extended Kalman filter will be described. That is, the estimation device 100 in the third embodiment uses an extended Kalman filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 32 and the observation equation of Expression 33, and estimates the state of the energy storage element 200.

図11は実施の形態3における状態推定手順を説明するフローチャートである。推定装置100の演算部101は、k=1の初期値を与える(ステップS141)。演算部101は、蓄電素子200の電圧及び電流の初期値として予め設定した仮の値を与え、温度の初期値として環境温度を与えればよい。状態方程式における外乱項vk 及び観測方程式における外乱項wk の分散をそれぞれQk 及びRk とする。初期の分散共分散行列Pを仮定する。 11 is a flowchart for explaining the state estimation procedure in the third embodiment. The calculation unit 101 of the estimation device 100 provides an initial value of k=1 (step S141). The calculation unit 101 may provide provisional values set in advance as the initial values of the voltage and current of the energy storage element 200, and provide the environmental temperature as the initial value of the temperature. The variances of the disturbance term v k in the state equation and the disturbance term w k in the observation equation are set to Q k and R k , respectively. An initial variance-covariance matrix P is assumed.

演算部101は、事前状態推定値x- k+1 _hatを次式により算出する(ステップS142)。 The calculator 101 calculates the prior state estimate x k+1 _hat by the following equation (step S142).

Figure 0007625813000044
Figure 0007625813000044

演算部101は、非線形変換fのヤコビアン行列を以下の手順によって導出する(ステップS143)。例えば、数45によって表される3成分ベクトルに対し、非線形変換fを数46のように表した場合、ヤコビアンは数47によって算出される。演算部101は、ヤコビアンを事前に導出し、記憶部102に記憶させておいてもよい。 The calculation unit 101 derives the Jacobian matrix of the nonlinear transformation f by the following procedure (step S143). For example, for a three-component vector represented by equation 45, if the nonlinear transformation f is expressed as equation 46, the Jacobian is calculated by equation 47. The calculation unit 101 may derive the Jacobian in advance and store it in the storage unit 102.

Figure 0007625813000045
Figure 0007625813000045

Figure 0007625813000046
Figure 0007625813000046

Figure 0007625813000047
Figure 0007625813000047

演算部101は、事前誤差共分散行列P- k+1を次式により算出する(ステップS144)。ここで、状態遷移行列Ak は数49により表される。 The calculation unit 101 calculates the a priori error covariance matrix P k+1 by the following equation (step S144): Here, the state transition matrix A k is expressed by equation 49.

Figure 0007625813000048
Figure 0007625813000048

Figure 0007625813000049
Figure 0007625813000049

演算部101は、カルマンゲインgk を算出する(ステップS145)。カルマンゲインgk は、数50によって表される。ここで、ck Tは数51により表される。 The calculation unit 101 calculates the Kalman gain g k (step S145). The Kalman gain g k is expressed by Equation 50. Here, c k T is expressed by Equation 51.

Figure 0007625813000050
Figure 0007625813000050

Figure 0007625813000051
Figure 0007625813000051

演算部101は、入力部103を通じて、電圧センサ103A、電流センサ103B、温度センサ103C,103Dのセンサ出力を取得する(ステップS146)。取得したセンサ出力は、時間ステップkの観測値yk を与える。 The calculation unit 101 acquires the sensor outputs of the voltage sensor 103A, the current sensor 103B, and the temperature sensors 103C and 103D through the input unit 103 (step S146). The acquired sensor outputs provide an observed value y k at time step k.

演算部101は、事後状態推定値xk+1 _hat、及び事後誤差共分散行列Pk を次式により算出する(ステップS147)。 The calculator 101 calculates the a posteriori state estimate x k+1 —hat and the a posteriori error covariance matrix P k by the following equations (step S147).

Figure 0007625813000052
Figure 0007625813000052

数52によって得られる推定値(事後状態推定値xk+1 _hat)には、各蓄電素子200の吸蔵リチウムイオン濃度及び温度の推定値が含まれる。演算部101は、次の時間ステップを計算するか否かを判断する(ステップS148)。演算部101は、予め設定した時間ステップに到達したか否かを判断することによって、次の時間ステップを計算するか否かを判断すればよい。代替的に、演算部101は、蓄電素子200の状態が予め設定した状態に到達したか否かを判断することによって、次の時間ステップを計算するか否かを判断してもよい。 The estimate (post-state estimate x k+1 _hat) obtained by Equation 52 includes an estimate of the occluded lithium ion concentration and temperature of each energy storage element 200. The calculation unit 101 determines whether or not to calculate the next time step (step S148). The calculation unit 101 may determine whether or not to calculate the next time step by determining whether or not a preset time step has been reached. Alternatively, the calculation unit 101 may determine whether or not to calculate the next time step by determining whether or not the state of the energy storage element 200 has reached a preset state.

次の時間ステップを計算する場合(S148:YES)、演算部101は、処理をステップS142へ戻し、次の時間ステップk+1における演算を実行する。次の時間ステップを計算しない場合(S148:NO)、演算部101は、本フローチャートによる処理を終了する。 If the next time step is to be calculated (S148: YES), the calculation unit 101 returns the process to step S142 and executes the calculation at the next time step k+1. If the next time step is not to be calculated (S148: NO), the calculation unit 101 ends the process according to this flowchart.

実施の形態3における推定装置100は、拡張カルマンフィルタを利用して状態変数を推定する。拡張カルマンフィルタは、非線形モデルを平均値等の代表値付近で線形近似することにより、カルマンフィルタの適用を可能にする手法である。拡張カルマンフィルタは、計算負荷が小さく、安価な装置にて実現可能である。 The estimation device 100 in the third embodiment estimates state variables using an extended Kalman filter. The extended Kalman filter is a method that enables the application of a Kalman filter by linearly approximating a nonlinear model near a representative value such as the average value. The extended Kalman filter has a small computational load and can be realized by an inexpensive device.

(実施の形態4)
実施の形態4では、無香料カルマンフィルタを用いた状態推定アルゴリズムについて説明する。すなわち、実施の形態4における推定装置100は、無香料カルマンフィルタを用いて、数32の状態方程式及び数33の観測方程式によって表される時系列モデルの時間更新を逐次計算し、蓄電素子200の状態を推定する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a state estimation algorithm using an unscented Kalman filter will be described. That is, the estimation device 100 in the fourth embodiment uses the unscented Kalman filter to sequentially calculate time updates of a time series model represented by the state equation of Expression 32 and the observation equation of Expression 33, and estimates the state of the energy storage element 200.

図12は実施の形態4における状態推定手順を説明するフローチャートである。推定装置100の演算部101は、k=1の初期値を与える(ステップS161)。演算部101は、蓄電素子200の電圧及び電流の初期値として予め設定した仮の値を与え、温度の初期値として環境温度を与えればよい。状態方程式における外乱項vk 及び観測方程式における外乱項wk の分散をそれぞれQk 及びRk とする。初期の分散共分散行列Pを仮定する。 12 is a flowchart for explaining the state estimation procedure in the fourth embodiment. The calculation unit 101 of the estimation device 100 provides an initial value of k=1 (step S161). The calculation unit 101 may provide provisional values set in advance as the initial values of the voltage and current of the energy storage element 200, and provide the environmental temperature as the initial value of the temperature. The variances of the disturbance term vk in the state equation and the disturbance term wk in the observation equation are set to Qk and Rk , respectively. An initial variance-covariance matrix P is assumed.

演算部101は、ある計算ステップにて得られた推定値x- kと分散共分散行列Pk を用いて、シグマポイントと呼ばれる計算点を生成する(ステップS162)。生成される(2n+1)個のシグマポイントを数53のように付番すると、j(jは-n≦j≦nを満たす整数)番目のシグマポイントは、数54のように表される。 The calculation unit 101 generates calculation points called sigma points by using the estimated value x k obtained in a certain calculation step and the variance-covariance matrix P k (step S162). If the (2n+1) generated sigma points are numbered as in Expression 53, the j-th sigma point (j is an integer that satisfies −n≦j≦n) is expressed as in Expression 54.

Figure 0007625813000053
Figure 0007625813000053

Figure 0007625813000054
Figure 0007625813000054

ただし、sig(j)は、j<0のとき-1、j=0のとき0、0<jのとき+1を与える関数である。κは正の調整パラメータである。 where sig(j) is a function that gives -1 when j<0, 0 when j=0, and +1 when 0<j. κ is a positive adjustment parameter.

各々のシグマポイントの重みwj を、j≠0のときwj =κ/2(n+κ)、j=0のときw0 =κ/(n+κ)とする。 The weight w j of each sigma point is expressed as w j =κ/2(n+κ) when j≠0, and as w 0 =κ/(n+κ) when j=0.

演算部101は、次式のように、全てのシグマポイントの状態、事前状態推定値、事前誤差共分散行列を更新する(ステップS163)。 The calculation unit 101 updates the states, prior state estimates, and prior error covariance matrix of all sigma points as follows (step S163).

Figure 0007625813000055
Figure 0007625813000055

演算部101は、事前状態推定値と事前誤差共分散行列とを更新したので、次式によりシグマポイントを再計算する(ステップS164)。 After updating the prior state estimate and the prior error covariance matrix, the calculation unit 101 recalculates the sigma point using the following formula (step S164).

Figure 0007625813000056
Figure 0007625813000056

演算部101は、観測のシグマポイントを次式に従って更新する(ステップS165)。 The calculation unit 101 updates the observed sigma point according to the following formula (step S165).

Figure 0007625813000057
Figure 0007625813000057

演算部101は、事前観測推定値y- k+1_hatを次式により算出する(ステップS166)。 The calculation unit 101 calculates the prior observation estimated value y k+1 _hat by the following equation (step S166).

Figure 0007625813000058
Figure 0007625813000058

演算部101は、事前観測誤差の共分散行列P- yy,k+1 を次式により算出する(ステップS167)。 The calculation unit 101 calculates the covariance matrix P yy,k+1 of the prior observation errors by the following equation (step S167).

Figure 0007625813000059
Figure 0007625813000059

演算部101は、事前状態・観測誤差の共分散行列P- xy,k+1 を次式により算出する(ステップS168)。 The calculation unit 101 calculates the covariance matrix P xy,k+1 of the prior state and observation errors by the following equation (step S168).

Figure 0007625813000060
Figure 0007625813000060

演算部101は、カルマンゲインgk を次式により算出する(ステップS169)。 The calculation unit 101 calculates the Kalman gain g k by the following equation (step S169).

Figure 0007625813000061
Figure 0007625813000061

演算部101は、入力部103を通じて、電圧センサ103A、電流センサ103B、温度センサ103C,103Dのセンサ出力を取得する(ステップS170)。取得したセンサ出力は、時間ステップk+1における観測値yk+1 を与える。 The calculation unit 101 acquires the sensor outputs of the voltage sensor 103A, the current sensor 103B, and the temperature sensors 103C and 103D (step S170) through the input unit 103. The acquired sensor outputs provide an observation value y k+1 at time step k+1.

演算部101は、カルマンゲインgk を観測値yk+1と事前観測推定値y- k+1_hatとの差に乗じ、時間ステップk+1における状態推定を行う(ステップS171)。 The calculation unit 101 multiplies the difference between the observed value y k+1 and the prior observed estimated value y k+1 _hat by the Kalman gain g k to perform state estimation at time step k+1 (step S171).

Figure 0007625813000062
Figure 0007625813000062

演算部101は、事後観測誤差の共分散行列Pk+1 を次式により算出する(ステップS172)。 The calculation unit 101 calculates the covariance matrix P k+1 of the a posteriori observation errors by the following equation (step S172).

Figure 0007625813000063
Figure 0007625813000063

数62によって得られる事後観測推定値(xk+1 _hat)には、各蓄電素子200の吸蔵リチウムイオン濃度及び温度の推定値が含まれる。演算部101は、次の時間ステップを計算するか否かを判断する(ステップS173)。演算部101は、予め設定した時間ステップに到達したか否かを判断することによって、次の時間ステップを計算するか否かを判断すればよい。代替的に、演算部101は、蓄電素子200の状態が予め設定した状態に到達したか否かを判断することによって、次の時間ステップを計算するか否かを判断してもよい。 The posterior observation estimate (x k+1 _hat) obtained by Equation 62 includes an estimate of the occluded lithium ion concentration and temperature of each energy storage element 200. The calculation unit 101 determines whether or not to calculate the next time step (step S173). The calculation unit 101 may determine whether or not to calculate the next time step by determining whether or not a preset time step has been reached. Alternatively, the calculation unit 101 may determine whether or not to calculate the next time step by determining whether or not the state of the energy storage element 200 has reached a preset state.

次の時間ステップを計算する場合(S173:YES)、演算部101は、処理をステップS162へ戻し、次の時間ステップk+1における演算を実行する。次の時間ステップを計算しない場合(S173:NO)、演算部101は、本フローチャートによる処理を終了する。 If the next time step is to be calculated (S173: YES), the calculation unit 101 returns the process to step S162 and executes the calculation at the next time step k+1. If the next time step is not to be calculated (S173: NO), the calculation unit 101 ends the process according to this flowchart.

実施の形態4における推定装置100は、無香料カルマンフィルタを利用して短絡抵抗を推定する。無香料カルマンフィルタは、平均値周りにシグマポイントと呼ばれる複数のサンプル点を設け、これらの統計的性質に基づいて共分散行列を推定する。無香料カルマンフィルタは、非線形性が強い問題においては、拡張カルマンフィルタよりも良好な性能を示す。 The estimation device 100 in the fourth embodiment estimates the short-circuit resistance using an unscented Kalman filter. The unscented Kalman filter sets multiple sample points called sigma points around the mean value and estimates the covariance matrix based on the statistical properties of these points. The unscented Kalman filter performs better than the extended Kalman filter in problems with strong nonlinearity.

(実施の形態5)
実施の形態5では、蓄電素子200の電気化学現象を等価回路モデルで表した構成について説明する。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, a configuration in which the electrochemical phenomenon of the energy storage element 200 is represented by an equivalent circuit model will be described.

図13は等価回路モデルの一例を示す回路図である。蓄電素子200の等価回路モデルは、例えば図13に示すような抵抗器、容量成分、電圧源の組み合わせによって表現されることが多い。 Figure 13 is a circuit diagram showing an example of an equivalent circuit model. The equivalent circuit model of the storage element 200 is often expressed by a combination of resistors, capacitance components, and voltage sources, for example, as shown in Figure 13.

図13中のR0 はオーム抵抗成分、R1 は正極の反応抵抗成分、C1 は正極の容量成分、R2 は負極の反応抵抗成分、C2 は負極の容量成分、Eeqは開回路電圧(OCV : Open Circuit Voltage)である。ただし、図13は例示であって、直列、並列の組み合わせや電気回路素子の個数や種類に制限はない。 In Fig. 13, R0 is an ohmic resistance component, R1 is a reaction resistance component of the positive electrode, C1 is a capacitance component of the positive electrode, R2 is a reaction resistance component of the negative electrode, C2 is a capacitance component of the negative electrode, and Eeq is an open circuit voltage (OCV). However, Fig. 13 is an example, and there is no restriction on the combination of series and parallel connections or the number and types of electric circuit elements.

リチウムイオン電池に代表される蓄電素子200の充放電特性は、温度やSOCの影響を強く受けることが知られている。SOCとはState Of Chargeの略称であり、満充電状態を100%、完全放電状態を0%として表す。以下では、開回路電圧(OCV)は、SOCの関数であるとし、R0 ~R2 、C1 ~C2は温度の関数であるとする。このとき、状態方程式は数64によって表され、観測方程式は数65によって表される。 It is known that the charge/discharge characteristics of the energy storage element 200, which is typified by a lithium-ion battery, are strongly affected by temperature and SOC. SOC is an abbreviation for State Of Charge, with a fully charged state being 100% and a fully discharged state being 0%. In the following, it is assumed that the open circuit voltage (OCV) is a function of the SOC, and R 0 to R 2 and C 1 to C 2 are functions of temperature. In this case, the state equation is expressed by Equation 64, and the observation equation is expressed by Equation 65.

Figure 0007625813000064
Figure 0007625813000064

ここで、Δtは時間ステップ、Capは蓄電素子200の満充電容量(C)、uk =I(電流)である。 Here, Δt is a time step, Cap is the full charge capacity (C) of the storage element 200, and u k =I (current).

Figure 0007625813000065
Figure 0007625813000065

ここで、OCV(SOC)は、SOCの非線形関数である。 Here, OCV(SOC) is a nonlinear function of SOC.

等価回路の電圧を表す状態方程式に外乱を加えた式は、数66によって表される。 The equation that adds a disturbance to the state equation that represents the voltage of the equivalent circuit is expressed by number 66.

Figure 0007625813000066
Figure 0007625813000066

伝熱の状態方程式に外乱を加えた式は、数67によって表される。 The equation of state for heat transfer with disturbance added is expressed by number 67.

Figure 0007625813000067
Figure 0007625813000067

ここで、数67のベクトルbT に含まれるQは発熱量であり、以下のように表される。 Here, Q included in vector bT of Equation 67 is the amount of heat generated, and is expressed as follows:

Figure 0007625813000068
Figure 0007625813000068

これらの状態方程式と観測方程式とから、数32及び数33と同様の拡大系の状態方程式及び観測方程式が得られる。以降の計算手順は実施の形態1~実施の形態4と同様であり、推定装置100の演算部101は、粒子フィルタ、アンサンブルカルマンフィルタ、拡張カルマンファイル他、無香料カルマンフィルタを用いて、蓄電素子200の電圧及び温度などを推定できる。 From these state equations and observation equations, the state equations and observation equations of the extended system similar to those of equations 32 and 33 are obtained. The subsequent calculation procedures are the same as those of embodiments 1 to 4, and the calculation unit 101 of the estimation device 100 can estimate the voltage and temperature of the storage element 200 using a particle filter, an ensemble Kalman filter, an extended Kalman file, and an unscented Kalman filter.

実施の形態5では、開回路電圧(OCV)をSOCの関数であるとし、R0 ~R2 、C1 ~C2 を温度の関数であるとした。代替的に、開回路電圧をSOC及び温度の関数とし、R0 ~R2 、C1 ~C2 を温度及びSOCの関数としてもよい。 In the fifth embodiment, the open circuit voltage (OCV) is a function of the SOC, and R0 to R2 and C1 to C2 are functions of the temperature. Alternatively, the open circuit voltage may be a function of the SOC and the temperature, and R0 to R2 and C1 to C2 may be functions of the temperature and the SOC.

(実施の形態6)
実施の形態6では単粒子モデルにおいて更に電池の劣化を考慮した実施例を説明する。推定装置100を用いることによって、限られた温度情報に基づいた場合であっても、より精緻な劣化予測シミュレーションが可能となる。具体的には、既知の劣化予測の式中に含まれる温度に、推定装置100にて推定された温度を用いることによって、より精緻な劣化予測が可能となる。特に、複数の単電池を直列に接続してなる組電池が用いられる蓄電池システムにおいては、劣化の大きい単電池の性能が蓄電池システム全体の性能に及ぼす影響が非常に大きいため、推定装置100から得られる温度推定値を用いて、より精緻な劣化予測を行うことは非常に有用である。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, an example in which battery deterioration is further considered in the single particle model will be described. By using the estimation device 100, a more precise deterioration prediction simulation is possible even when based on limited temperature information. Specifically, by using the temperature estimated by the estimation device 100 as the temperature included in the known deterioration prediction formula, a more precise deterioration prediction is possible. In particular, in a storage battery system using a battery pack formed by connecting a plurality of single cells in series, the performance of a single cell with a large degree of deterioration has a very large effect on the performance of the entire storage battery system, so that it is very useful to perform a more precise deterioration prediction using the temperature estimation value obtained from the estimation device 100.

電池の劣化挙動は、温度の影響を強く受けることが知られている。温度を正確に考慮することによって、より正確なシミュレーションができるが、現実的には可観測量が限られており、センサ測定量のみに基づくシミュレーションでは正確性が劣るという問題があった。本方法による温度補正を行い、温度情報をより正確にすることによって、劣化予測の正確さを向上させることができる。 It is known that the degradation behavior of batteries is strongly affected by temperature. More accurate simulations can be performed by accurately taking temperature into account, but in reality, there is a limit to the observable quantities, and simulations based only on sensor measurements tend to be less accurate. By performing temperature correction using this method and making temperature information more accurate, it is possible to improve the accuracy of degradation predictions.

電池の劣化予測シミュレーションに関して、電気化学現象を考慮したモデルはごく少ない。例えば「国際公開第2017/016966号:電池の現在の開路電圧曲線を推定するための方法」には、電荷担体の減少による劣化(いわゆる容量バランスずれによる劣化)を数値演算によって導出する方法が開示されている。この特許文献に開示された方法は、通電中に使用することができず、電池を停止させる必要があるという欠点を有している。また、電池が劣化するメカニズムは電荷担体の減少(容量バランスずれ)に依るものだけではないことが知られており、広範な電池の劣化を網羅するには不十分である。 There are very few models that take into account electrochemical phenomena when simulating the deterioration of batteries. For example, "International Publication No. 2017/016966: Method for estimating the current open circuit voltage curve of a battery" discloses a method for deriving deterioration due to a decrease in charge carriers (so-called deterioration due to capacity imbalance) through numerical calculation. The method disclosed in this patent document has the disadvantage that it cannot be used while electricity is flowing and requires the battery to be stopped. In addition, it is known that the mechanism by which batteries deteriorate is not limited to a decrease in charge carriers (capacity imbalance), and this method is insufficient to cover a wide range of battery deterioration.

この他に、機械学習を用いた方法として、例えば「特開2019-168453号公報:劣化推定装置、コンピュータプログラム及び劣化推定方法」が存在する。この方法では、計算処理を機械学習によって行っており、物理的な考察は得づらく、製品設計への反映は困難である。 Other methods using machine learning include, for example, "JP Patent Publication No. 2019-168453: Deterioration Estimation Apparatus, Computer Program, and Deterioration Estimation Method." In this method, calculations are performed using machine learning, making it difficult to obtain physical insights and reflect them in product design.

実施の形態6では、特許文献「特願2019-064218号:開発支援装置、開発支援方法、及びコンピュータプログラム」の考え方を土台にして、本明細書において述べた単粒子モデルを用いて劣化予測シミュレーションを実行する方法を述べる。 In the sixth embodiment, a method for performing a degradation prediction simulation using the single particle model described in this specification is described based on the concept of the patent document "Patent Application No. 2019-064218: Development support device, development support method, and computer program."

リチウムイオン電池に代表される電池の劣化メカニズムには、少なくとも(1)活物質粒子の孤立化、(2)電荷担体の減少、(3)電気抵抗の増大、(4)電解液における導電性の低下の4種類があることが知られている。これらの劣化メカニズムが複合的に寄与して、電池の充放電特性が変化し、容量低下を引き起こす。 There are at least four known degradation mechanisms for batteries, such as lithium-ion batteries: (1) isolation of active material particles, (2) reduction in charge carriers, (3) increase in electrical resistance, and (4) decrease in conductivity in the electrolyte. The combined contribution of these degradation mechanisms causes changes in the charge/discharge characteristics of the battery and leads to a decrease in capacity.

温度はこれらの劣化の進行速度を決める因子の中で特に重要なものである。そのため、温度を精緻に把握することは、劣化予測の観点からも重要である。推定装置100は、例えばアレニウス型の反応速度式に基づいた温度の依存性を有するとして、劣化の進行速度を決定できる。代替的に、推定装置100は、その他の任意の温度の関数に基づき、劣化の進行速度を決定してもよい。劣化には、経時によって劣化する経時劣化(カレンダー劣化と呼ばれることもある)と、通電によって劣化する通電劣化とがあることが知られており、何れも温度の関数となることが実験などによって確認されている。 Temperature is a particularly important factor in determining the rate at which deterioration progresses. Therefore, precise understanding of temperature is also important from the perspective of deterioration prediction. The estimation device 100 can determine the rate at which deterioration progresses by assuming that the rate has temperature dependency based on, for example, an Arrhenius-type reaction rate equation. Alternatively, the estimation device 100 may determine the rate at which deterioration progresses based on any other function of temperature. It is known that there are two types of deterioration: time-related deterioration (sometimes called calendar deterioration), which occurs over time, and current-related deterioration, which occurs when electricity is applied, and it has been confirmed through experiments that both are functions of temperature.

第1の劣化メカニズムは活物質粒子の孤立化である。活物質粒子の孤立化は主に放電中の正極において進行するが、電流休止時や放電中に起こる場合もあり、負極において起こる場合もある。実施の形態6では、簡略化のために放電中の正極においてのみ活物質粒子の孤立化が起こると仮定するが、その他の場合にも同様の式展開によって容易に拡張可能である。 The first degradation mechanism is the isolation of active material particles. Isolation of active material particles mainly occurs at the positive electrode during discharge, but it can also occur when the current is stopped or during discharge, or at the negative electrode. In embodiment 6, for simplicity, it is assumed that isolation of active material particles occurs only at the positive electrode during discharge, but it can be easily extended to other cases by similar equation expansion.

推定装置100の演算部101は、数69の時間差分式に基いて正極活物質粒子の孤立化が進行する速度を計算する。 The calculation unit 101 of the estimation device 100 calculates the rate at which the isolation of the positive electrode active material particles progresses based on the time difference formula of equation 69.

Figure 0007625813000069
Figure 0007625813000069

数69中のεs,p は数4~6、8、10、15に含まれる正極活物質粒子体積比率である。正極活物質粒子の孤立化は正極活物質粒子体積比率の減少として表される。k0,iso は経時による正極活物質粒子の孤立化の進行速度の定数であり、温度の関数が用いられる。関数は例えばアレニウス型の指数関数であってもよく、その他任意の関数であってもよい。k1,iso は通電による正極活物質粒子の孤立化の進行速度の定数であり、温度や電流の関数が用いられる。αiso は任意の定数である。多くの場合、k0,iso は0としてよいが、k1,isoは正の値であり、温度により単調増加する。言い換えると、通電がない場合には正極活物質の孤立化は進行せず、通電がある場合には高温ほど正極活物質の孤立化は進行しやすい。この他にも、右辺がεs,p 自身を含む式である、その他の状態変数の関数であるなど、さまざまな変形例が考えられる。非線形フィルタを用いるため、どのような式を用いてもよい。 In the formula 69, ε s,p is the volume ratio of the positive electrode active material particles included in the formulas 4 to 6, 8, 10, and 15. The isolation of the positive electrode active material particles is expressed as a decrease in the volume ratio of the positive electrode active material particles. k 0,iso is a constant of the rate of the isolation of the positive electrode active material particles over time, and a function of temperature is used. The function may be, for example, an Arrhenius-type exponential function, or any other function. k 1,iso is a constant of the rate of the isolation of the positive electrode active material particles due to the current flow, and a function of temperature or current is used. α is an arbitrary constant. In many cases, k 0,iso may be 0, but k 1,iso is a positive value and increases monotonically with temperature. In other words, when there is no current flow, the isolation of the positive electrode active material does not progress, and when there is current flow, the higher the temperature, the more likely the isolation of the positive electrode active material progresses. In addition to this, various modified examples are possible, such as the right side being an equation including ε s,p itself, or a function of other state variables. Since a nonlinear filter is used, any formula may be used.

第2の劣化メカニズムは電荷担体の減少である。電荷担体の減少は容量バランスのずれとも呼ばれる。本現象は、充放電時に正極と負極との間を行き交う電荷担体が電極表面での副反応などにより減少するものである。 The second degradation mechanism is the reduction in charge carriers. The reduction in charge carriers is also called a capacity imbalance. This phenomenon occurs when the charge carriers that move between the positive and negative electrodes during charging and discharging are reduced due to side reactions on the electrode surface.

推定装置100の演算部101は、数70に記載の2つの式に基いて電荷担体の減少を計算する。 The calculation unit 101 of the estimation device 100 calculates the reduction in charge carriers based on the two equations described in equation 70.

Figure 0007625813000070
Figure 0007625813000070

数70のbn1は数16中の係数と同じものであり、数16中の電流Iを(I+δ)に置き換えたものである。δは電荷担体の減少速度である。この式は、負極活物質粒子の固液界面での吸蔵リチウムイオン濃度cn,1 が、電池の充放電に伴う吸蔵リチウムイオン濃度の変化以外の要因によって減少することを表している。電池を流れる電流Iが正負どちらの値も取るのに対して、δは正の値であることに注意する。数70のNtot は正負極の吸蔵リチウムイオンの総量であり、数11及び数12に記載したものと同じである。 b n1 in Equation 70 is the same as the coefficient in Equation 16, and the current I in Equation 16 is replaced with (I + δ). δ is the rate of decrease of the charge carrier. This equation indicates that the absorbed lithium ion concentration c n,1 at the solid-liquid interface of the negative electrode active material particles decreases due to factors other than the change in the absorbed lithium ion concentration accompanying the charging and discharging of the battery. Note that the current I flowing through the battery can take either positive or negative values, while δ is a positive value. N tot in Equation 70 is the total amount of absorbed lithium ions in the positive and negative electrodes, and is the same as that described in Equation 11 and Equation 12.

Figure 0007625813000071
Figure 0007625813000071

数71のk0,imb は経時による吸蔵リチウムイオン濃度の減少速度であり、温度の関数が用いられる。関数は例えばアレニウス型の指数関数を用いてもよいし、その他任意の関数であってもよい。k1,imb は通電による吸蔵リチウムイオン濃度の進行速度の定数であり、温度や電流の関数が用いられる。αimb は任意の定数である。多くの場合、k0,imb 及びk1,imb は正の値であり、温度と共に単調増加する。この他にも、右辺がその他の状態変数の関数であるなど、さまざまな変形例が考えられる。非線形フィルタを用いるため、どのような式を用いてもよい。 In equation 71, k 0,imb is the rate of decrease in the concentration of absorbed lithium ions over time, and a function of temperature is used. The function may be, for example, an Arrhenius-type exponential function, or any other function. k 1,imb is a constant for the rate of increase in the concentration of absorbed lithium ions due to current flow, and a function of temperature or current is used. α imb is an arbitrary constant. In many cases, k 0,imb and k 1,imb are positive values and increase monotonically with temperature. In addition to this, various modifications are possible, such as the right side being a function of other state variables. Since a nonlinear filter is used, any formula may be used.

第3の劣化メカニズムは電気抵抗の増大である。電気抵抗の増大の原因をより細かく分類すると、集電箔と電極と間の剥離、導電助剤の伝導経路切れ、抵抗体被膜形成などが挙げられる。これらは特許文献「特願2019-064218号:開発支援装置、開発支援方法、及びコンピュータプログラム」に記載している。第4の劣化メカニズムである電解液における導電性の低下も、電気抵抗の増大に類似しており、合わせて取り扱うこととする。 The third degradation mechanism is an increase in electrical resistance. The causes of increased electrical resistance can be classified in more detail as peeling between the collector foil and the electrode, breakage of the conductive path of the conductive additive, and formation of a resistor film. These are described in the patent document "Japanese Patent Application No. 2019-064218: Development Support Device, Development Support Method, and Computer Program." The fourth degradation mechanism, a decrease in the conductivity of the electrolyte, is similar to an increase in electrical resistance and will be treated together.

推定装置100の演算部101は、数72の時間差分式に基いて電池の電気抵抗が増大する速度を計算する。 The calculation unit 101 of the estimation device 100 calculates the rate at which the battery's electrical resistance increases based on the time difference formula in equation 72.

Figure 0007625813000072
Figure 0007625813000072

数72中のRohm は数17に含まれる電池全体のオーム抵抗Rohm のことであり、Iは数6、8、10、17に含まれる電池を流れる電流Iのことである。k0,ohmは経時によるオーム抵抗増大の進行速度の定数であり、温度の関数が用いられる。関数は例えばアレニウス型の指数関数を用いてもよいし、その他任意の関数であってもよい。k1,ohm は通電によるオーム抵抗増大の進行速度の定数であり、温度や電流の関数が用いられる。αは任意の定数である。多くの場合、k0,ohm 及びk1,ohm は正の値であり、温度と共に単調増加する。この他にも、右辺がRohm 自身を含む式である、その他の状態変数の関数であるなど、さまざまな変形例が考えられる。非線形フィルタを用いるため、どのような式を用いてもよい。 In equation 72, R ohm is the ohmic resistance R ohm of the entire battery included in equation 17, and I is the current I flowing through the battery included in equations 6, 8, 10, and 17. k 0,ohm is a constant for the rate of increase in ohmic resistance over time, and is a function of temperature. The function may be, for example, an Arrhenius-type exponential function, or any other function. k 1,ohm is a constant for the rate of increase in ohmic resistance due to current flow, and is a function of temperature or current. α is an arbitrary constant. In many cases, k 0,ohm and k 1,ohm are positive values and increase monotonically with temperature. In addition to this, various modifications are possible, such as the right side being an equation including R ohm itself, or a function of other state variables. Any equation may be used because a nonlinear filter is used.

以上の式に外乱項を加えた式が数73~75である。 Equations 73 to 75 are the equations obtained by adding disturbance terms to the above equations.

Figure 0007625813000073
Figure 0007625813000073

Figure 0007625813000074
Figure 0007625813000074

Figure 0007625813000075
Figure 0007625813000075

ここで、vεs,pは正極活物質粒子体積比率の外乱、vδ は吸蔵リチウムイオン濃度の減少速度の外乱項、vohm はオーム抵抗増大速度の外乱項である。これら外乱項を考慮した数73~数75を数32に加えることによって、換言すればεs,p 、Ntot 、Rohm を新たに数32の状態変数ベクトルxk に加えることによって、電池の劣化メカニズムを考慮した状態推定が可能になる。 Here, v εs,p is the disturbance of the positive electrode active material particle volume ratio, v δ is the disturbance term of the decrease rate of the occluded lithium ion concentration, and v ohm is the disturbance term of the increase rate of the ohmic resistance. By adding Equations 73 to 75, which consider these disturbance terms, to Equation 32, in other words, by newly adding εs,p , Ntot , and Rohm to the state variable vector xk of Equation 32, it becomes possible to estimate the state taking into account the deterioration mechanism of the battery.

(実施の形態7)
実施の形態7では、正極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散係数Ds,p や負極活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散係数Ds,n を推定する方法を説明する。これらの値は測定が難しく、劣化の進行によって時々刻々変化することが知られており、容易には取得できない。そこで、これらの拡散係数を状態変数に含めて推定してもよい。
(Seventh embodiment)
In the seventh embodiment, a method for estimating the diffusion coefficient D s,p of the absorbed lithium ions in the positive electrode active material particles and the diffusion coefficient D s,n of the absorbed lithium ions in the negative electrode active material particles will be described. These values are known to be difficult to measure and to change from moment to moment as deterioration progresses, and are not easily obtained. Therefore, these diffusion coefficients may be included in the state variables for estimation.

活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散係数が時間変化しないとして、数76のような時間発展方程式を立式する。 Assuming that the diffusion coefficient of the absorbed lithium ions in the active material particles does not change with time, we formulate the time evolution equation shown in Equation 76.

Figure 0007625813000076
Figure 0007625813000076

Ds,p及びvDs,nは外乱項である。これらの式を新たに数32の状態変数ベクトルxk に加えることによって、活物質粒子中の吸蔵リチウムイオンの拡散係数を推定できる。 v Ds,p and v Ds,n are disturbance terms. By adding these equations to the state variable vector x k of Equation 32, the diffusion coefficient of the absorbed lithium ions in the active material particles can be estimated.

(実施の形態8)
実施の形態8では等価回路モデルにおいて更に電池の劣化を考慮した実施形態を説明する。実施の形態6では単粒子モデルに基づいて劣化予測を行う方法について記載したが、実施の形態8では実施の形態5で記載した等価回路モデルに基づいた劣化予測方法について述べる。
(Embodiment 8)
In the eighth embodiment, an embodiment in which battery deterioration is further considered in the equivalent circuit model will be described. In the sixth embodiment, a method for predicting deterioration based on a single particle model was described, but in the eighth embodiment, a method for predicting deterioration based on the equivalent circuit model described in the fifth embodiment will be described.

推定装置100の演算部101は、数77の時間差分式に基いて等価回路素子の劣化が進行する速度を計算する。 The calculation unit 101 of the estimation device 100 calculates the rate at which the deterioration of the equivalent circuit elements progresses based on the time difference equation of equation 77.

Figure 0007625813000077
Figure 0007625813000077

数77中のR0 などは数64、数65及び図13に記載された回路定数である。k0,R0は経時によるR0 の劣化の進行速度の定数であり、温度の関数が用いられる。関数は例えばアレニウス型の指数関数を用いてもよいし、その他任意の関数であってもよい。k1,R0は通電によるR0 の劣化の進行速度の定数であり、温度や電流の関数が用いられる。αR0は任意の定数である。この他にも、右辺がR0 自身を含む式である、その他の状態変数の関数であるなど、さまざまな変形例が考えられる。非線形フィルタを用いるため、どのような式を用いてもよい。R0 以外の定数、R1 ~C2 についても同様である。代替的に、より複雑な等価回路を規定し、R3 、R4 ・・・・やC3 、C4 ・・・を別に定めてもよい。 R 0 in Equation 77 is the circuit constant described in Equation 64, Equation 65 and FIG. 13. k 0, R 0 is a constant of the rate of deterioration of R 0 over time, and a function of temperature is used. The function may be, for example, an Arrhenius-type exponential function, or any other function. k 1, R 0 is a constant of the rate of deterioration of R 0 due to current flow, and a function of temperature or current is used. α R 0 is an arbitrary constant. In addition to this, various modified examples are possible, such as an equation on the right side including R 0 itself, or a function of other state variables. Since a nonlinear filter is used, any equation may be used. The same applies to constants other than R 0 , R 1 to C 2. Alternatively, a more complicated equivalent circuit may be specified, and R 3 , R 4 . . . and C 3 , C 4 . . . may be determined separately.

実施の形態6に記載した単粒子モデルに基づいた劣化予測モデルと、実施の形態8に記載した等価回路モデルに基づいた劣化予測モデルは併用されてもよい。例えば、等価回路モデルにおける平衡電位Eeqの劣化に実施の形態6の吸蔵リチウムイオンの減少(容量バランスずれ)のモデルを用い、内部抵抗については等価回路を用いるなど、使い勝手に応じて自由に組み合わせてよい。 The deterioration prediction model based on the single particle model described in the sixth embodiment and the deterioration prediction model based on the equivalent circuit model described in the eighth embodiment may be used in combination. For example, the model of the decrease in the occluded lithium ions (capacity imbalance) in the sixth embodiment may be used for the deterioration of the equilibrium potential E eq in the equivalent circuit model, and an equivalent circuit may be used for the internal resistance, and so on. They may be freely combined according to ease of use.

数77に外乱項を加えた式が数78である。 Equation 78 is obtained by adding a disturbance term to equation 77.

Figure 0007625813000078
Figure 0007625813000078

R0はR0 の外乱項であり、その他は同様である。これら外乱項を考慮した数78を数32に加えることによって、換言すればR0 、R1 、R2 、C1 、C2 を新たに数32の状態変数ベクトルxk に加えることによって、電池の等価回路素子の劣化を考慮した状態推定が可能になる。 vR0 is a disturbance term of R0 , and the others are similar. By adding Equation 78, which considers these disturbance terms, to Equation 32, in other words, by newly adding R0 , R1 , R2 , C1 , and C2 to the state variable vector xk of Equation 32, it becomes possible to estimate the state taking into account the deterioration of the equivalent circuit elements of the battery.

以下、応用例について記載する。 The following describes some application examples.

(応用例1)
推定装置100を用いて蓄電デバイス20のデジタルツインを構築してもよい。デジタルツインとは、現実に存在する製品の状態(温度、電流、電圧など)、周辺環境、使用状況などをリアルタイムに収集して、コンピュータ上に現実と同じ状態のシミュレーションモデルを構築する技術を指す。デジタルツインでは、センサ類によって計測された値を基に、常時シミュレーションモデルが更新され、ほぼリアルタイムに現実の製品と同一の状態をコンピュータ上に再現できる。この仕組みを利用すれば、現実製品に異常が生じた際、即時にシミュレーションモデルに反映され、そのシミュレーションモデルを分析すれば、異常の原因を特定できる可能性がある。更に、センサ値からは直接的に計測できない潜在変数の挙動を知ることができるため、故障を未然に予知又は防止できる。
(Application Example 1)
The estimation device 100 may be used to construct a digital twin of the power storage device 20. A digital twin refers to a technology that collects the state of a product that actually exists (temperature, current, voltage, etc.), the surrounding environment, the usage situation, etc. in real time and constructs a simulation model on a computer that is the same as the real state. In a digital twin, the simulation model is constantly updated based on values measured by sensors, and the same state as the real product can be reproduced on a computer in almost real time. By using this mechanism, when an abnormality occurs in the real product, it is reflected in the simulation model immediately, and by analyzing the simulation model, it is possible to identify the cause of the abnormality. Furthermore, since it is possible to know the behavior of latent variables that cannot be directly measured from the sensor value, it is possible to predict or prevent a failure before it occurs.

また、推定装置100は、推定結果を基に、部品交換などの予防保全、製品開発へのフィードバック、取り替え時期予測、タイムリーな保守、より効率的な運用方法の提案などの情報を生成し、生成した情報を出力部104より出力してもよい。 In addition, the estimation device 100 may generate information based on the estimation results, such as preventive maintenance such as part replacement, feedback to product development, prediction of replacement timing, timely maintenance, and suggestions for more efficient operating methods, and output the generated information from the output unit 104.

更に、従来は専門の従業員が行っていた故障原因の分析及び解析を、シミュレーションモデルが担うことができるので、コストダウン効果も期待できる。 In addition, the simulation model can take over the analysis and diagnosis of failure causes that was previously performed by specialized employees, which is expected to result in cost reductions.

(応用例2)
推定装置100は、推定した蓄電素子200の状態をリアルタイムにグラフィックス表示してもよい。図15は温度状態の表示例を示す模式図である。図15の例では、蓄電デバイス20の外表面の温度を3次元的にグラフィックス表示した例を示している。推定装置100は、各蓄電素子200の温度状態を推定する都度、温度分布を示す分布図を生成し、生成した分布図を表示装置150へ出力する。このようにして、推定装置100は、蓄電デバイス20の外表面の温度をリアルタイムに表示装置150にグラフィカルに表示させることができる。表示装置150は、例えば、推定装置100の出力部104に接続される。代替的に、推定装置100が表示装置150を備える構成であってもよい。
(Application Example 2)
The estimation device 100 may display the estimated state of the energy storage element 200 in real time in a graphical manner. FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of display of the temperature state. In the example of FIG. 15, an example of a three-dimensional graphical display of the temperature of the outer surface of the energy storage device 20 is shown. The estimation device 100 generates a distribution diagram showing the temperature distribution every time the temperature state of each energy storage element 200 is estimated, and outputs the generated distribution diagram to the display device 150. In this way, the estimation device 100 can graphically display the temperature of the outer surface of the energy storage device 20 in real time on the display device 150. The display device 150 is connected to, for example, the output unit 104 of the estimation device 100. Alternatively, the estimation device 100 may be configured to include the display device 150.

グラフィックス表示は、ユーザからの要求に応じて実施されてもよく、メンテナンス要員の要求に応じて実施されてもよい。グラフィカルに表示することによって、直感的に蓄電デバイス20の温度状態を把握でき、早期に異常を検出できる。代替的に、推定装置100は、推定した蓄電デバイス20の電気化学状態をグラフィックス表示してもよい。 The graphical display may be performed in response to a request from a user or in response to a request from maintenance personnel. By displaying graphically, the temperature state of the power storage device 20 can be intuitively understood and anomalies can be detected early. Alternatively, the estimation device 100 may display the estimated electrochemical state of the power storage device 20 in a graphical manner.

今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the claims, not by the above meaning, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the claims.

10 蓄電システム
20 蓄電デバイス
100 推定装置
101 演算部
102 記憶部
103 入力部
103A 電圧センサ
103B 電流センサ
103C 温度センサ
103D 温度センサ
104 出力部
200 蓄電素子
M 記録媒体
PG 状態推定プログラム
REFERENCE SIGNS LIST 10 Energy storage system 20 Energy storage device 100 Estimation device 101 Calculation unit 102 Storage unit 103 Input unit 103A Voltage sensor 103B Current sensor 103C Temperature sensor 103D Temperature sensor 104 Output unit 200 Energy storage element M Recording medium PG State estimation program

Claims (8)

蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得する取得部と、
取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構築された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する推定部と
を備え
前記状態推定器は、
活物質粒子内の吸蔵イオンの濃度及び前記蓄電素子に関する温度を含む状態変数の時間遷移を表す状態方程式を用いて、各状態変数の時間遷移を求め、
前記状態変数と前記計測データが示す観測量との関係を表す観測方程式を用いて、状態推定の尤度を求め、
求めた状態推定の尤度に応じて、状態変数の推定値を更新するよう構成され
推定装置。
an acquisition unit that acquires measurement data including a voltage of a storage element, a current flowing through the storage element, and a temperature related to the storage element;
an estimation unit that inputs the acquired measurement data into a state estimator that is configured to simulate an electrochemical phenomenon and a thermal phenomenon of the energy storage element, and estimates a state of the energy storage element ;
The state estimator
determining a time transition of each state variable using a state equation expressing a time transition of a state variable including a concentration of occluded ions in the active material particles and a temperature related to the energy storage element;
calculating a likelihood of a state estimation using an observation equation that represents a relationship between the state variables and an observation amount indicated by the measurement data;
The estimator is configured to update estimates of the state variables depending on the likelihood of the determined state estimate .
前記電気化学現象を記述するパラメータは、前記蓄電素子の温度の関数として表される前記蓄電素子の活性化過電圧を含み、
前記熱現象を記述するパラメータは、前記蓄電素子の活性化過電圧の関数として表される前記蓄電素子の発熱量を含む
請求項1に記載の推定装置。
The parameters describing the electrochemical phenomenon include an activation overvoltage of the storage element expressed as a function of the temperature of the storage element;
The estimation device according to claim 1 , wherein the parameters describing the thermal phenomenon include a heat generation amount of the storage element expressed as a function of an activation overvoltage of the storage element.
前記状態推定器は、前記計測データが入力された場合、前記蓄電素子に関する状態量を出力するよう構成された非線形フィルタである
請求項1又は請求項2に記載の推定装置。
The estimation device according to claim 1 or 2, wherein the state estimator is a nonlinear filter configured to output a state quantity related to the energy storage element when the measurement data is input.
前記非線形フィルタは、粒子フィルタ、アンサンブルカルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、又は無香料カルマンフィルタを含む
請求項3に記載の推定装置。
The estimation device according to claim 3 , wherein the nonlinear filter comprises a particle filter, an ensemble Kalman filter, an extended Kalman filter, or an unscented Kalman filter.
蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得する取得部と、
取得した計測データを、前記蓄電素子の等価電気回路及び熱現象を模擬するように構築された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する推定部と
を備え
前記状態推定器は、
活物質粒子内の吸蔵イオンの濃度及び前記蓄電素子に関する温度を含む状態変数の時間遷移を表す状態方程式を用いて、各状態変数の時間遷移を求め、
前記状態変数と前記計測データが示す観測量との関係を表す観測方程式を用いて、状態推定の尤度を求め、
求めた状態推定の尤度に応じて、状態変数の推定値を更新するよう構成され
推定装置。
an acquisition unit that acquires measurement data including a voltage of a storage element, a current flowing through the storage element, and a temperature related to the storage element;
an estimation unit that inputs the acquired measurement data to a state estimator that is constructed to simulate an equivalent electric circuit and a thermal phenomenon of the energy storage element, and estimates a state of the energy storage element ;
The state estimator
determining a time transition of each state variable using a state equation expressing a time transition of a state variable including a concentration of occluded ions in the active material particles and a temperature related to the energy storage element;
calculating a likelihood of a state estimation using an observation equation that represents a relationship between the state variables and an observation amount indicated by the measurement data;
The estimator is configured to update estimates of the state variables depending on the likelihood of the determined state estimate .
前記状態推定器は、
前記蓄電素子の特性を表す状態量が経時又は通電によって時間遷移する式を1つ以上含み、
前記蓄電素子の状態を記述する状態変数と前記計測データが示す観測量との関係を表す観測方程式を用いて、前記蓄電素子の劣化を予測する
請求項1から請求項の何れか1つに記載の推定装置。
The state estimator
The state quantity representing the characteristic of the energy storage element includes one or more equations in which the state quantity changes over time or due to current flow,
The estimation device according to claim 1 , further comprising: an observation equation expressing a relationship between a state variable describing a state of the storage element and an observation amount indicated by the measurement data, the observation equation expressing a relationship between the state variable describing a state of the storage element and an observation amount indicated by the measurement data, the estimation device predicting deterioration of the storage element.
コンピュータ
蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得し、
取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構成された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する推定方法であって、
前記状態推定器は、
活物質粒子内の吸蔵イオンの濃度及び前記蓄電素子に関する温度を含む状態変数の時間遷移を表す状態方程式を用いて、各状態変数の時間遷移を求め、
前記状態変数と前記計測データが示す観測量との関係を表す観測方程式を用いて、状態推定の尤度を求め、
求めた状態推定の尤度に応じて、状態変数の推定値を更新するよう構成される
推定方法
The computer
Acquiring measurement data including a voltage of a storage element, a current flowing through the storage element, and a temperature related to the storage element;
An estimation method for estimating a state of the energy storage element by inputting acquired measurement data to a state estimator configured to simulate an electrochemical phenomenon and a thermal phenomenon of the energy storage element, comprising:
The state estimator
determining a time transition of each state variable using a state equation expressing a time transition of a state variable including a concentration of occluded ions in the active material particles and a temperature related to the energy storage element;
calculating a likelihood of a state estimation using an observation equation that represents a relationship between the state variables and an observation amount indicated by the measurement data;
The estimated values of the state variables are updated according to the likelihood of the obtained state estimation.
Estimation method .
コンピュータに、
蓄電素子の電圧、前記蓄電素子に流れる電流、及び前記蓄電素子に関する温度を含む計測データを取得し、
取得した計測データを、前記蓄電素子の電気化学現象及び熱現象を模擬するように構成された状態推定器へ入力し、前記蓄電素子の状態を推定する
処理を実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記状態推定器は、
活物質粒子内の吸蔵イオンの濃度及び前記蓄電素子に関する温度を含む状態変数の時間遷移を表す状態方程式を用いて、各状態変数の時間遷移を求め、
前記状態変数と前記計測データが示す観測量との関係を表す観測方程式を用いて、状態推定の尤度を求め、
求めた状態推定の尤度に応じて、状態変数の推定値を更新するよう構成される
コンピュータプログラム
On the computer,
Acquiring measurement data including a voltage of a storage element, a current flowing through the storage element, and a temperature related to the storage element;
a computer program for executing a process of inputting the acquired measurement data to a state estimator configured to simulate an electrochemical phenomenon and a thermal phenomenon of the energy storage element, and estimating a state of the energy storage element, the computer program comprising:
The state estimator
determining a time transition of each state variable using a state equation expressing a time transition of a state variable including a concentration of occluded ions in the active material particles and a temperature related to the energy storage element;
calculating a likelihood of a state estimation using an observation equation that represents a relationship between the state variables and an observation amount indicated by the measurement data;
The estimated values of the state variables are updated according to the likelihood of the obtained state estimation.
Computer program .
JP2020160971A 2020-09-25 2020-09-25 Estimation device, estimation method, and computer program Active JP7625813B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020160971A JP7625813B2 (en) 2020-09-25 2020-09-25 Estimation device, estimation method, and computer program
PCT/JP2021/034729 WO2022065346A1 (en) 2020-09-25 2021-09-22 Estimating device, estimating method, and computer program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020160971A JP7625813B2 (en) 2020-09-25 2020-09-25 Estimation device, estimation method, and computer program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022054018A JP2022054018A (en) 2022-04-06
JP7625813B2 true JP7625813B2 (en) 2025-02-04

Family

ID=80845512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020160971A Active JP7625813B2 (en) 2020-09-25 2020-09-25 Estimation device, estimation method, and computer program

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7625813B2 (en)
WO (1) WO2022065346A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023223461A1 (en) * 2022-05-18 2023-11-23 三菱電機株式会社 Causal association estimation device, causal association estimation method, and causal association estimation program
CN115032556A (en) * 2022-06-27 2022-09-09 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 Energy storage battery system state evaluation method and device, storage medium and electronic equipment
CN117578679B (en) * 2024-01-15 2024-03-22 太原理工大学 Lithium battery intelligent charging control method based on reinforcement learning

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000504477A (en) 1996-11-21 2000-04-11 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Battery management system and battery simulator
JP2018513378A (en) 2015-04-16 2018-05-24 オキシス エナジー リミテッド Method and apparatus for determining the health and state of charge of a lithium sulfur battery
JP2018524792A (en) 2015-07-08 2018-08-30 アルゴリオン リミテッド Lithium-ion battery safety monitoring

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000504477A (en) 1996-11-21 2000-04-11 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Battery management system and battery simulator
JP2018513378A (en) 2015-04-16 2018-05-24 オキシス エナジー リミテッド Method and apparatus for determining the health and state of charge of a lithium sulfur battery
JP2018524792A (en) 2015-07-08 2018-08-30 アルゴリオン リミテッド Lithium-ion battery safety monitoring

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022054018A (en) 2022-04-06
WO2022065346A1 (en) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sadabadi et al. Prediction of remaining useful life for a composite electrode lithium ion battery cell using an electrochemical model to estimate the state of health
JP6738433B2 (en) Battery management system with multiple observers
Li et al. An electrochemical model for high C-rate conditions in lithium-ion batteries
CN105723231B (en) Devices and methods therefor for the state for estimating mixing secondary cell
JP7625813B2 (en) Estimation device, estimation method, and computer program
JP5683175B2 (en) An improved method for estimating the unmeasurable properties of electrochemical systems
JP6001823B2 (en) Secondary battery simulation device
Sarkar et al. Electrochemical models: methods and applications for safer lithium-ion battery operation
JP7625805B2 (en) Estimation device and estimation method
CN109716152A (en) Method and apparatus for estimating the voltage of battery
Mao et al. Multi sensor fusion methods for state of charge estimation of smart lithium-ion batteries
CN116643196A (en) Battery health state estimation method integrating mechanism and data driving model
García et al. Development of a calibration methodology for fitting the response of a lithium-ion cell P2D model using real driving cycles
Xu et al. Novel reduced-order modeling method combined with three-particle nonlinear transform unscented Kalman filtering for the battery state-of-charge estimation
WO2022210325A1 (en) Estimation device, estimation method, and computer program
Cai et al. A novel hybrid electrochemical equivalent circuit model for online battery management systems
KR20150034593A (en) Method and apparatus for state of charge estimation of battery
JP7103105B2 (en) Secondary battery life prediction method and its equipment
WO2021039906A1 (en) Estimation device and estimation method
Morabito et al. Real time feasibility and performance of moving horizon estimation for Li-ion batteries based on first principles electrochemical models
Shen et al. An improved comprehensive learning-particle swarm optimization-extended Kalman filtering method for the online high-precision state of charge and model parameter co-estimation of lithium-ion batteries
Xiong et al. Modeling theory of lithium-ion batteries
Beiranvand et al. Single-wire model for silicon microwire electrode of lithium-ion batteries
EP3943903A1 (en) Estimation device and estimation method
Chernov et al. Simulation of the operation of lithium-ion batteries in the power-supply system of autonomous objects

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230802

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240917

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241108

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250106

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7625813

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150